WO2021240767A1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

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WO2021240767A1
WO2021240767A1 PCT/JP2020/021296 JP2020021296W WO2021240767A1 WO 2021240767 A1 WO2021240767 A1 WO 2021240767A1 JP 2020021296 W JP2020021296 W JP 2020021296W WO 2021240767 A1 WO2021240767 A1 WO 2021240767A1
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laser
laser light
work
protective sheet
marking
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PCT/JP2020/021296
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隆典 宮▲崎▼
大輔 柏葉
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三菱電機株式会社
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    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks

Definitions

  • This disclosure relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.
  • a laser processing device is known as a device for cutting a work.
  • the laser processing apparatus cuts the work by irradiating the work with laser light from the laser head and moving the laser head relative to the work.
  • a method of performing laser processing with a protective sheet attached to the surface of the work in order to prevent the work from being scratched there is known a method of performing laser processing with a protective sheet attached to the surface of the work in order to prevent the work from being scratched.
  • the protective sheet is marked in order to give information to the work.
  • a laser processing device that performs marking processing on a protective sheet of a work is known (for example, see Patent Document 1 below).
  • Patent Document 1 discloses a method of forming markings only on a protective sheet. This laser processing device adjusts the output of the laser beam and processes it to a predetermined depth so that the protective sheet does not penetrate. However, it is generally difficult to control the laser processing device so as not to penetrate the protective sheet, and it is required to strictly set the processing conditions. Further, if the laser beam penetrates the protective sheet, there is a problem that even a small amount of the laser beam reaches the work and damages the work.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and provides a laser processing apparatus capable of marking a protective sheet without damaging the work when processing the work to which the protective sheet is attached. With the goal.
  • the laser processing apparatus is a processing in which a laser oscillator for generating laser light and a work having a protective sheet having a laser light absorption layer on the surface are placed.
  • the laser processing apparatus has an effect that the protective sheet can be marked without damaging the work.
  • Configuration diagram of the laser processing apparatus according to the first embodiment Enlarged view of the vicinity of the machining point of the workpiece in FIG.
  • Schematic diagram of processing by the laser processing apparatus according to the first embodiment Schematic diagram after processing by the laser processing apparatus according to the first embodiment
  • Configuration diagram of the laser processing apparatus according to the second embodiment Enlarged view of the vicinity of the machining point of the workpiece in a general example of a laser machining device using an assist gas Enlarged view of the vicinity of the machining point of the workpiece of the laser machining apparatus according to the second embodiment. Sectional drawing of the laser head in X-X line of FIG. Sectional drawing of the laser head which concerns on the modification of Embodiment 2.
  • Configuration diagram of the laser processing apparatus according to the third embodiment Top view of the processing table according to the third embodiment
  • Embodiment 1 The laser processing apparatus according to the first embodiment will be described below.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of the laser processing apparatus 1 of the first embodiment.
  • the laser processing apparatus 1 includes a laser oscillator 2, a transmission unit 3, a laser head 4, a processing table 5, a control unit 6, a drive unit 7, and a storage unit 8.
  • the laser processing apparatus 1 performs laser processing such as cutting, cutting, and drilling on a metal plate-shaped work, for example.
  • the laser oscillator 2 is, for example, a fiber laser oscillator or the like, and generates laser light.
  • the laser light generated from the laser oscillator 2 is introduced into the laser head 4 via a transmission unit 3 such as an optical fiber.
  • the laser oscillator 2 may be a laser oscillator other than a fiber laser, and may be, for example, a carbon dioxide gas laser, a YAG laser, a YVO laser, or the like.
  • the laser oscillator 2 is connected to a control device, and the output of the laser beam or the like is controlled by the control device.
  • the laser head 4 irradiates the laser beam introduced through the transmission unit 3 to process the work 10.
  • the laser head 4 is connected to the drive unit 7 and can move in the horizontal direction and the vertical direction relative to the work 10.
  • the laser head 4 can process the work 10 into an arbitrary shape by irradiating the work 10 with a laser beam.
  • the laser processing device 1 is provided with a processing table 5.
  • the laser processing apparatus 1 places the work 10 on the processing table 5 and irradiates the laser light from the laser head 4 to process the work 10.
  • the work 10 has a surface facing the laser head 4 as a front surface and a surface in contact with the work 10 when placed on the processing table 5 as a back surface.
  • the processing table 5 is connected to the drive unit 7. As a result, the machining table 5 is operated by the drive unit 7.
  • the work 10 placed on the machining table 5 can be moved by the operation of the machining table 5.
  • the work 10 may be moved together with the machining table 5 by moving the machining table 5 itself. Further, the work 10 may be moved on the machining table 5 by using a moving mechanism such as a roller provided in the machining table 5.
  • the control unit 6 controls each unit of the laser processing apparatus 1.
  • the control unit 6 also has a function of a processing unit that processes data related to the laser processing device 1.
  • the control unit 6 includes, for example, a CPU, a main memory, a wired or wireless communication device, an input / output interface used for communication with various external devices, an input device such as a keyboard or a mouse, a display device such as a display, and a laser processing device 1. It is composed of a computer device that can execute various programs necessary for the operation and data processing of the mouse.
  • control unit 6 is connected to the laser oscillator 2, the drive unit 7, and the storage unit 8 to control the operation of each unit.
  • the control unit 6 controls the irradiation of the laser beam by controlling the laser oscillator 2. Further, the control unit 6 controls the output, frequency, duty ratio, energy density, etc. of the laser beam generated from the laser oscillator 2.
  • control unit 6 controls the operation of the laser head 4 and the processing table 5 by controlling the drive unit 7. That is, the control unit 6 can control the relative movement of the laser head 4 and the work 10 placed on the machining table 5 by controlling the drive unit 7.
  • the control unit 6 can control the movement direction, the movement amount, the processing speed, and the like by controlling the horizontal operation of the laser head 4 via the drive unit 7.
  • the control unit 6 can adjust the focal position of the laser beam by controlling the operation of the laser head 4 in the vertical direction.
  • the control unit 6 may control the operation of the machining table 5 in the vertical direction.
  • the storage unit 8 is a storage device such as a hard disk, and is provided in the computer device.
  • the storage unit 8 stores various data such as a machining program used in the laser machining device 1 and set values of the laser machining device 1 related to machining.
  • the storage unit 8 may be provided in the control unit 6.
  • the work 10 having the protective sheet 11 attached to the surface is used as the object to be processed.
  • the work 10 is placed on a processing table 5 and processed by a laser beam emitted from a laser head 4.
  • the protective sheet 11 protects the surface of the work 10. This prevents the work 10 from being scratched by an external impact or the like.
  • the protective sheet 11 is made of a sheet made of a material suitable for the wavelength of the laser beam used in the laser processing apparatus 1 so that marking processing can be performed by the laser beam. Further, the protective sheet 11 is attached to the surface of the work 10 by adhesive and can be peeled off as needed. Further, the laser processing apparatus 1 can perform laser processing on the work 10 with the protective sheet 11 attached to the work 10.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the processing point of the work 10 of FIG.
  • the processing point is a point where processing is performed by the laser beam emitted from the laser processing apparatus 1.
  • FIG. 2 for convenience, only the tip portion of the laser head 4 near the processing point is shown.
  • the direction in which the arrow points indicates the direction in which the laser beam is irradiated.
  • the part of the circle symbol at the tip of the arrow indicates the processing point P. It represents that the laser beam is irradiated from the laser processing apparatus 1 toward the processing point P and processed at the processing point P.
  • the work 10 is provided with a protective sheet 11 having a two-layer structure.
  • the protective sheet 11 is composed of a laser light absorbing layer 11a having a high absorption of laser light and a laser light transmitting layer 11b having a low absorption of laser light.
  • the protective sheet 11 is provided with a laser light absorption layer 11a on the side facing the surface of the work 10, and is provided with a laser light transmission layer 11b on the laser head 4 side. That is, the protective sheet 11 has a structure in which the laser light transmitting layer 11b is laminated on the laser light absorbing layer 11a.
  • the protective sheet 11 does not have to include the laser light transmitting layer 11b. Further, another layer may be provided between the laser light transmitting layer 11b and the laser light absorbing layer 11a, or another layer may be provided between the work 10 and the laser light absorbing layer 11a.
  • the laser light absorption layer 11a is a layer having a high laser light absorption rate, and is made of natural rubber or thermoplastic resin colored in black or gray.
  • the natural rubber or thermoplastic resin colored in black those containing carbon particles such as carbon black and graphite, which are black pigments having a high absorption rate of laser light, can be used.
  • the laser light absorption layer 11a contains a material that exhibits adhesiveness for being attached to the work 10.
  • the black pigment is not limited to this as long as it has a high absorption rate of laser light.
  • the laser light absorption layer 11a is a layer having a high laser light absorption rate by containing such a black pigment having a high laser light absorption rate.
  • a high absorption rate of laser light means that, for example, the absorption rate of laser light exceeds 30%. When the absorption rate of the laser light exceeds 30%, it is easy to absorb the laser light and promote the deformation of the laser light absorbing layer.
  • the laser light transmitting layer 11b is a layer having a low laser light absorption rate, and is composed of an uncolored thermoplastic resin, a white-colored thermoplastic resin, or the like.
  • the white-colored thermoplastic resin zinc oxide (zinc oxide), which is a white pigment having a low absorption rate of laser light, and a resin containing titanium oxide can be used.
  • the white pigment is not limited to this as long as it has a low absorption rate of laser light.
  • the laser light transmitting layer 11b is a layer having a low laser light absorption rate because it contains such a white pigment that is uncolored or has a low laser light absorption rate.
  • the low absorption rate of the laser beam means that, for example, the absorption rate of the laser beam is 30% or less.
  • the absorption rate of the laser light is not determined only by the color of the laser light absorption layer 11a, but may be any protective sheet 11 having an absorption rate suitable for the laser light used in the laser processing apparatus 1.
  • each layer contains natural rubber, polyethylene, etc., which are the materials of each layer, as the main component, and if each material is contained in an amount of 50% by weight or more per layer, other resin components, etc. are mixed. You may.
  • FIBER GUARD registered trademark
  • SPV-310GH series manufactured by Nitto Denko KK
  • the thickness of the protective sheet 11 is not particularly limited, but if it is 0.050 mm to 0.200 mm, workability when attaching the protective sheet 11 to the work 10 is good and preferable.
  • the numerical range includes the upper limit value and the lower limit value of the numerical range, and the same applies to the following description unless otherwise specified.
  • FIG. 3A is a schematic diagram during laser processing by the laser processing device 1
  • FIG. 3B is a schematic diagram after laser processing by the laser processing device 1.
  • FIG. 4A is an image showing an example of the protective sheet 11 after laser processing by the laser processing device 1
  • FIG. 4B is an image showing an example of the work 10 after laser processing by the laser processing device 1. Is.
  • FIG. 4B shows a part of the protective sheet 11 peeled off from the work 10 of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of laser processing by the laser processing apparatus 1.
  • FIG. 3A schematically shows how the laser light L is irradiated to the laser light absorption layer 11a of the protective sheet 11.
  • the focal position F of the laser beam L is adjusted so as to be a position away from the surface of the work 10 toward the laser head 4. Substantially, the focal position F is adjusted so as to be a position away from the surface of the protective sheet 11 toward the laser head 4.
  • This focal position F is a state adjusted to a so-called defocus position. Since the energy density of the laser beam L is highest at the focal position where the laser beam is focused, in the present embodiment, the focal position F is adjusted to the defocused position, and the laser beam L irradiates the work 10. The energy density of is adjusted to be smaller than the energy density at the focal position. This also applies to other embodiments.
  • the focal position F By adjusting the focal position F to the defocus position in this way, it is possible to irradiate the inside of the protective sheet 11 with a laser beam having an energy density lower than the energy density at the focal position F. In other words, by adjusting to the defocus position, it is possible to avoid locally irradiating the laser light absorbing layer 11a with laser light having a high energy density. Therefore, the protective sheet 11 is cut by the laser light and the work 10 is used. Can be suppressed from damaging.
  • the defocus position is represented by the distance from the reference of the focal position F with respect to the surface of the work 10.
  • the focal position is represented by a positive value (+) with the unit being mm.
  • the focal position F when the focal position F is on the opposite side to the laser head 4 side, the focal position is represented by a negative value (-) with the unit being mm.
  • the focal position F when the focal position F is 10 mm from the surface of the work 10 to the laser head 4 side, the focal position is +10 mm.
  • the defocus position is set, for example, to a position 0.5 mm to 10 mm away from the surface of the work 10 on the laser head 4 side, that is, +0.5 mm to +10 mm.
  • the defocus position is preferably in the range of +2 mm to +8 mm, and more preferably in the range of +4 mm to +6 mm in terms of the energy density of the laser beam irradiating the protective sheet 11. Since the defocus position is set to a position away from the protective sheet 11, it is not affected by vibration caused by the installation environment of the device during processing or the surface roughness of the protective sheet or the work itself.
  • the protective sheet 11 is not cut by the laser beam having a high energy density at the focal position. Setting the defocus position in this way contributes to the realization of stable quality of marking processing on the protective sheet.
  • FIG. 3B shows a state after irradiating the protective sheet 11 attached to the work 10 with a laser beam.
  • the laser light absorbing layer 11a irradiated with the laser light and the surface of the work 10 are separated from each other to form a cavity H. That is, the inside of the protective sheet 11 is deformed. It is shown that the work 10 and the protective sheet 11 are not destroyed by the laser beam, and the protective sheet 11 is deformed due to the deformation of the laser light absorbing layer 11a.
  • the portion where the protective sheet 11 is deformed can be visually recognized.
  • the deformation of the protective sheet 11 can be recognized as marking.
  • the deformation of the inside of the protective sheet 11 means that, for example, in addition to the deformation of the protective sheet 11 as shown in FIG. 3B, the deformation of the protective sheet 11 itself causes a cavity to be formed, and the surface of the protective sheet 11 changes to undulations. Including those in which appears.
  • the output of the laser beam is controlled so that the laser beam absorbing layer 11a absorbs the laser beam and deforms the inside of the protective sheet 11 to perform marking.
  • the output of this laser beam is appropriately changed according to the defocus position of the focal position.
  • the output of the laser beam is controlled to, for example, 50 to 100 W in order to deform the inside of the protective sheet 11.
  • the output of the laser beam is preferably set to 70 to 90 W in order to surely deform the inside of the protective sheet 11.
  • the output of the laser beam is usually set to, for example, 1 kW or more. Therefore, it can be said that the laser beam output at the time of marking in the laser processing apparatus of the present embodiment is set to be considerably smaller than the laser beam output at the time of normal laser processing.
  • the focal position to the defocus position By adjusting the focal position to the defocus position in this way and controlling the output of the laser light so that marking is performed by allowing the laser light absorption layer 11a to absorb the laser light and deforming the inside of the protective sheet 11.
  • the protective sheet 11 can be marked.
  • marking is performed by laser light with a low energy density by setting the focal position to the defocus position, the laser light is compared with the conventional technique in which the irradiation of the laser light is strictly controlled on the surface of the protective sheet. Can be easily controlled.
  • the laser light absorption layer 11a absorbs the laser light and is heated by heat energy to be deformed.
  • the laser light transmitting layer 11b is deformed due to the deformation, and the protective sheet 11 is deformed by the deformation of these two layers.
  • the marking in the present embodiment means that the marking based on the destruction of the surface of the protective sheet 11 such as the protective sheet 11 being cut or cut by the laser beam is not included. This also applies to other embodiments.
  • marking that draws a predetermined trajectory can be performed.
  • marking of an arbitrary shape can be performed without damaging the protective sheet 11.
  • the marking is performed by deforming the inside of the protective sheet 11, the work 10 is not damaged by the laser beam. Further, since the protective sheet 11 is not cut, no foreign matter is generated from the protective sheet 11. Further, by using the black-colored layer having a high absorption rate of laser light as the laser light absorption layer 11a, the energy of the laser light promotes the deformation of the laser light absorption layer 11a and reliably prevents the processing on the surface of the work 10. can. Further, by using the white-colored layer having a low laser light absorption rate as the laser light transmitting layer 11b, the visibility of the marking can be improved.
  • FIG. 4A is an image of the surface of the protective sheet 11 of the work 10 actually laser-processed
  • FIG. 4B shows the work 10 by peeling a part of the protective sheet 11 from the work 10 shown in FIG. 4A. This is an image of an exposed surface of the laser beam.
  • the surface 11c of the protective sheet is marked with the letters "ABC45" and numbers arranged side by side. This indicates that as a result of irradiating the protective sheet 11 with the laser beam, the inside of the protective sheet 11 is deformed and marked. The surface of the work 10 is not exposed at the marking location. Further, although not shown, when the cross section of the work 10 and the protective sheet 11 after laser machining was confirmed, it was confirmed that a cavity was formed between the surface 10a of the work 10 and the protective sheet 11.
  • the surface 10a of the work 10 is not scratched at all.
  • the laser processing by the laser processing apparatus 1 is performed only on the protective sheet 11 and not on the work 10. As described above, according to the laser processing apparatus 1, the protective sheet 11 can be marked without damaging the work 10.
  • the mechanism of marking by the laser processing device 1 will be described.
  • the focal position F when the focal position F is defocused to the laser head 4 side and the laser light is irradiated, the laser light passes through the laser light transmitting layer 11b and is absorbed by the laser light absorbing layer 11a.
  • the material such as rubber or resin constituting the laser light absorption layer 11a generates heat, and then the material melts.
  • the laser light absorption layer 11a Even after the material constituting the laser light absorption layer 11a is melted, the laser light absorption continues and energy is accumulated, so that the melted material evaporates. Since gas is generated by the evaporation of the material, a space is formed between the protective sheet 11 and the work 10. Gas increases due to evaporation of the material, and the protective sheet 11 is deformed so as to be pushed up from the inside. As a result, the laser light absorption layer 11a is separated from the work 10, and the cavity H is formed. It is considered that the state shown in FIG. 3B is obtained by such a flow.
  • the laser light absorption layer is controlled by setting the focal position to the defocus position in order to deform the inside of the protective sheet 11 without destroying it for marking. It is important to control the energy of the laser beam given to the laser beam, but in the control of the laser beam performed by the control unit 6, in addition to controlling the defocus position and the output of the laser beam, other matters related to the laser beam. It also includes controlling the conditions of. This also applies to other embodiments.
  • the frequency of the laser beam is set to 50 to 100 Hz
  • the duty ratio is set to 5 to 10%
  • the processing speed is set to 500 to 1000 mm / min.
  • the frequency of the laser beam is set to 70 to 90 Hz.
  • the conditions of the laser beam frequency, duty ratio, and processing speed are not limited to these, and can be appropriately changed depending on the material, thickness, and the like used for the protective sheet 11.
  • a work 10 provided with a protective sheet 11 having a laser light absorbing layer 11a is prepared, and the work 10 is placed on a machining table 5 of the laser machining device 1 (S1).
  • the laser head 4 is controlled by the control unit 6 of the laser processing apparatus 1, and the focal position of the laser beam is adjusted to a position away from the surface of the protective sheet 11 toward the laser head 4, that is, a defocus position (S2). : Focus position adjustment process).
  • the drive unit 7 is controlled by the control unit 6 to move the laser head 4 to the position of the processing point of the work 10.
  • the control unit 6 of the laser processing apparatus 1 controls the output of the laser light so that the laser light absorbing layer 11a absorbs the laser light and deforms the inside of the protective sheet 11 to perform marking, and the processing is performed.
  • S3 Laser light output control step.
  • the control unit 6 controls the output of the laser beam, and also controls other conditions and parameters of the laser beam when processing. Conditions and parameters may be set in advance.
  • the protective sheet 11 can be marked without damaging the work 10 by performing laser machining with the laser machining device 1.
  • the order of S2 and S1 in the above step can be exchanged by grasping the position of the surface of the protective sheet 11 from the information on the thickness of the work 10 before performing the laser machining.
  • Embodiment 2 The laser processing apparatus 1 according to the second embodiment will be described below.
  • FIG. 6 is a block diagram of the laser processing apparatus 1 according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the laser processing apparatus 1 includes a gas supply unit 9 in addition to the laser processing apparatus 1 of the first embodiment. In the following description, a configuration different from the first embodiment will be mainly described.
  • the gas supply unit 9 is connected to the control unit 6 and supplies or stops the assist gas under the control of the control unit 6.
  • the gas supply unit 9 supplies the assist gas to the laser head 4 through the gas supply pipe through which the assist gas flows.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the machining point of the work of FIG.
  • FIG. 7 is an example of a laser processing apparatus 1 using an assist gas.
  • the assist gas supplied to the laser head 4 flows through the distribution section, which is the flow hole 4a provided in the center of the laser head 4, and is discharged from the tip end portion of the laser head 4.
  • the laser head 4 can irradiate the laser beam while injecting the assist gas.
  • Melt is generated from the work 10 in laser machining.
  • the laser head 4 is generally processed by irradiating a laser beam while injecting an assist gas to blow off the melt generated from the work 10 by the assist gas while processing the work 10. Further, nitrogen gas or oxygen gas is used as the assist gas.
  • control unit 6 can control the gas supply unit 9 to adjust the pressure and flow rate of the assist gas. Further, the control unit 6 can switch the type of assist gas by switching the gas supply valve of the gas supply unit 9. Further, the pressure of the assist gas supplied from the gas supply unit 8 is set to, for example, 0.1 Mpa to 0.5 Mpa.
  • FIG. 8 is a diagram showing the vicinity of the tip end portion of the laser head 4 of the laser processing apparatus 1 according to the second embodiment.
  • the laser head 4 has a distribution hole 4a inside the main body as a distribution portion, and the assist gas is configured to flow inside the main body of the laser head 4.
  • FIG. 9 shows the X-ray cross section of FIG. As shown in FIG. 9A, the laser head 4 has a circular cross section. Further, the laser head 4 has four laser heads 4 inside the main body of the laser head 4 as the assist gas flow holes 4a. The four flow holes 4a are arranged at equal intervals along the circumference of the laser head 4.
  • the control unit 6 controls the gas supply unit 9 to supply the assist gas through the distribution unit.
  • the control unit 6 can control the gas supply unit 9 to select any of the four flow holes 4a to supply the assist gas.
  • the laser machining apparatus 1 can inject the assist gas to a predetermined position around the machining point P during laser machining.
  • the laser processing apparatus 1 controls the gas supply unit 9 by the control unit 6 to supply the assist gas when performing the marking shown in the first embodiment.
  • the control unit 6 can supply the assist gas from the gas supply unit 9 according to the marking.
  • the laser processing apparatus 1 can cool the marking portion heated by the laser beam by injecting an assist gas around the marking at the time of marking. By cooling the marking portion, deformation due to heat remaining on the protective sheet 11 can be suppressed, and peeling of the protective sheet 11 can be prevented.
  • control unit 6 can inject the assist gas according to the shape of the marking by controlling the gas supply unit 9 to select the flow hole 4a and supplying the assist gas. As a result, it is possible to prevent the marking from becoming unclear due to excessive cooling caused by the assist gas.
  • the distribution holes 4a are not limited to this, and five or more may be arranged along the circumference, or three or less may be arranged.
  • the shape of the flow hole 4a is not limited to a circular shape, but may be a triangle, a quadrangle, or a polygon. Further, as in the modified example shown in FIG. 9B, the flow holes 4a may be arranged in a ring shape along the circumference.
  • the assist gas can be supplied according to the marking direction.
  • the marking direction means the direction in which the laser head 4 moves when the movement of the laser head 4 is controlled and marked along the shape of the marking.
  • a distribution unit is provided so that the assist gas can be injected from the rear side in the traveling direction of marking by the laser processing device 1.
  • the control unit 6 controls the gas supply unit 9 so as to inject the assist gas according to the marking.
  • the assist gas is injected only from the rear side in the traveling direction of the marking, the portion where the marking is completed is cooled, and the portion where the marking is not completed is not cooled, so that the marking can be performed clearly.
  • the assist gas can be supplied according to the shape of the marking.
  • the shape of the marking means a shape such as a line drawn in a certain processing time zone marking a certain shape.
  • the gas supply unit 9 is controlled to inject the assist gas so as to sandwich the straight line, and the assist gas is injected through the distribution unit.
  • the laser processing apparatus 1 injects the assist gas so as to surround the shape of the marking, so that the assist gas presses the protective sheet 11 along the shape of the marking and the protective sheet 11 is surely peeled off by the marking. Can be suppressed.
  • Embodiment 3 The laser processing apparatus 1 according to the third embodiment will be described below.
  • FIG. 10 is a block diagram of the laser processing apparatus 1 according to the third embodiment.
  • the laser processing apparatus 1 includes a sheet information receiving unit 12 in addition to the laser processing apparatus 1 of the second embodiment.
  • the laser processing apparatus 1 includes a sheet information receiving unit 12 in addition to the laser processing apparatus 1 of the second embodiment.
  • configurations different from the first and second embodiments will be mainly described.
  • the sheet information receiving unit 12 is connected to the control unit 6 and transmits information related to the protective sheet 11 to the control unit 6.
  • the seat information receiving unit 12 may be provided in the control unit 6.
  • the sheet information receiving unit 12 receives sheet information related to the protective sheet input from the outside to the laser processing device 1. For example, it accepts sheet information input by an operator through an input interface or the like.
  • the sheet information may be read from a bar code, a two-dimensional bar code, or the like having information associated with the sheet information using a reader connected to the laser processing device 1. Further, the reader may be attached to the laser processing apparatus 1 and the sheet information may be automatically read from the work 10 placed on the processing table 5.
  • the sheet information is information about the protective sheet 11 attached to the work 10 to be laser-processed.
  • the sheet information includes, for example, information such as the material, layer composition, thickness, product number of the protective sheet, and laser light absorption rate of the protective sheet 11.
  • the sheet information receiving unit 12 transmits the received sheet information to the control unit 6.
  • the control unit 6 reads out the marking condition corresponding to the sheet information from the storage unit 8 based on the sheet information received from the sheet information receiving unit.
  • the marking conditions are, for example, the position of the laser head 4, which is the defocus position determined for each sheet information, and the conditions for the output of the laser light. Further, the marking conditions may include conditions such as a laser beam frequency, a duty ratio, a processing speed, an assist gas type, an assist gas pressure, and an assist gas flow rate. It is assumed that the storage unit 8 stores the marking conditions corresponding to the sheet information before the marking is performed.
  • the control unit 6 reads the marking conditions corresponding to the seat information from the storage unit 8, and then sets the position of the laser head 4 and the output of the laser beam based on the marking conditions. If the marking conditions include other conditions, the conditions are set based on the other conditions. The control unit 6 performs marking based on the set conditions. As described above, the laser processing apparatus 1 can set the marking conditions based on the input sheet information, so that the operation can be facilitated and the marking can be performed efficiently.
  • test processing can be performed under the marking conditions corresponding to the sheet information set by the laser processing apparatus 1.
  • the test machining is a machining performed to confirm whether the work 10 can be correctly marked according to the set marking conditions before actually marking.
  • FIG. 11 is a plan view showing a state in which the work 10 is installed on the processing table 5.
  • the machining table 5 has a work machining area 5a for machining the work 10 and a test machining area 5b for performing test machining of the test work 13 outside the work machining area.
  • the work 10 is placed in the work processing area 5a, and the test work 13 is placed in the test processing area 5b. Further, the state in which the laser head 4 irradiates the test work 13 with the laser beam indicated by the arrow is schematically shown.
  • the sizes of the work processing area 5a and the test processing area 5b are not limited to this.
  • the laser processing device 1 sets the position of the laser head 4 and the output of the laser beam based on the marking conditions corresponding to the sheet information.
  • the laser machining apparatus 1 marks the test work 13 placed in the test machining region according to the set conditions. As a result, the laser processing apparatus 1 can confirm whether the marking is correctly performed before actually marking the work 10, so that it is possible to prevent the work 10 from making a marking error.
  • the test work 13 has the same configuration as the work 10 that is actually marked, and it is preferable to use a work that is smaller than the actual work 10. Further, the test work 13 may be placed on the test processing area 5b at the time of test processing to perform marking, or an appropriate test work 13 is selected and tested based on the received sheet information. It may be automatically placed in the processing area.
  • the laser processing apparatus and the laser processing method of the present disclosure are not limited to the embodiments described in the first to third embodiments and the modifications, and a part of the contents of the present disclosure may be described. It shows.
  • the laser processing apparatus and laser processing method of the present disclosure can be combined with other known techniques, and may be appropriately combined, or a part of the configuration may be omitted or changed without departing from the gist of the present disclosure. It is also possible.

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Abstract

レーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークを載置する加工テーブルと、レーザ光によりワークを加工するレーザヘッドと、レーザ光の焦点位置がワークの表面からレーザヘッドの方へ離れた位置となるようにレーザヘッドの位置を調整し、レーザ光吸収層にレーザ光を吸収させて保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザ加工装置である。

Description

レーザ加工装置およびレーザ加工方法
　本開示は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。
　ワークに対して切断加工を行う装置として、レーザ加工装置が知られている。レーザ加工装置は、レーザヘッドからワークにレーザ光を照射しつつ、レーザヘッドをワークに対して相対的に移動させることで、ワークの切断加工を行う。従来のレーザ加工では、ワークに傷が付くのを防止するためにワークの表面に保護シート貼り付けた状態でレーザ加工を施す方法が知られている。保護シートを貼り付けたワークのレーザ加工には、ワークに情報を付与するために保護シートにマーキング加工が施すものがある。例えば、ワークの保護シートにマーキング加工を行うレーザ加工装置が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。
特開２０１８－１６７２９４号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　特許文献１に記載されたレーザ加工装置は、保護シートにのみマーキングを形成する方法について開示がある。このレーザ加工装置は、レーザ光の出力を調整し、保護シートが貫通しないように所定の深さとなるように加工するものである。しかしながら、保護シートを貫通しないようにレーザ加工装置の制御を行うことは一般的に難しく、厳密に加工条件を設定することが求められる。また、レーザ光が保護シートを貫通してしまうとレーザ光がわずかでもワークに到達してしまいワークを傷付けてしまうという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、保護シートを貼り付けたワークを加工するに際して、ワークに傷を付けることなく保護シートにマーキングを行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークを載置する加工テーブルと、レーザ光によりワークを加工するレーザヘッドと、レーザ光の焦点位置がワークの表面からレーザヘッドの方へ離れた位置となるようにレーザヘッドの位置を調整し、レーザ光吸収層にレーザ光を吸収させて保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザ加工装置である。
　本開示に係るレーザ加工装置は、ワークに傷を付けることなく保護シートにマーキングを行うことができるという効果を奏する。
実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成図 図１のワークの加工点近傍の拡大図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工時の模式図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工後の模式図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工後の保護シートを示す図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工後のワークを示す図 実施の形態１に係るレーザ加工装置によるレーザ加工の流れを示すフローチャート 実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成図 アシストガスを用いるレーザ加工装置の一般例におけるワークの加工点近傍の拡大図 実施の形態２に係るレーザ加工装置のワークの加工点近傍の拡大図 図８のX-X線におけるレーザヘッドの断面図 実施の形態２の変形例に係るレーザヘッドの断面図 実施の形態３に係るレーザ加工装置の構成図 実施の形態３に係る加工テーブルの平面図
　以下に、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置について図面を用いて説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。なお、以下に説明される実施の形態により本開示が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、各構成要素の縮尺が現実とは異なる場合がある。
実施の形態１．
　実施の形態１に係るレーザ加工装置について以下説明する。
　図１は、実施の形態１のレーザ加工装置１の構成図である。レーザ加工装置１は、レーザ発振器２と、伝送部３と、レーザヘッド４と、加工テーブル５と、制御部６と、駆動部７と、記憶部８とを備える。レーザ加工装置１は、例えば金属製の板状ワークに対して、切断加工や切削加工、穴あけ加工等のレーザ加工を行うものである。
　レーザ発振器２は、例えばファイバレーザ発振器等であり、レーザ光を発生させる。レーザ発振器２から発生したレーザ光は、光ファイバ等の伝送部３を介してレーザヘッド４へ導入される。なお、レーザ発振器２は、ファイバレーザ以外のものでもよく、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯレーザ等でもよい。レーザ発振器２は、制御装置に接続されており、制御装置によりレーザ光の出力等が制御される。
　レーザヘッド４は、伝送部３を通じて導入されたレーザ光を照射し、ワーク１０を加工する。レーザヘッド４は、駆動部７と接続されており、ワーク１０に対して相対的に水平方向および鉛直方向に移動することが可能である。レーザヘッド４は、レーザ光の照射によりワーク１０を任意の形状に加工することが可能となる。
　レーザ加工装置１は、加工テーブル５を備えている。レーザ加工装置１は、ワーク１０を加工テーブル５に載置し、レーザヘッド４からレーザ光を照射してワーク１０を加工する。なお、以下の説明においてワーク１０は、レーザヘッド４と対向する面を表面とし、加工テーブル５に載置された際に接触する面を裏面とする。
　加工テーブル５は、駆動部７と接続されている。これにより、加工テーブル５は駆動部７により動作する。加工テーブル５の動作により加工テーブル５に載置されたワーク１０を移動可能である。加工テーブル５そのものを移動させることにより加工テーブル５とともにワーク１０を移動させてもよい。また、加工テーブル５が備える、例えばローラ等の移動機構を利用して加工テーブル５の上をワーク１０が移動するようにしてもよい。
　制御部６は、レーザ加工装置１の各部を制御する。また、制御部６は、レーザ加工装置１に関するデータの処理を行う処理部の機能も有する。制御部６は、例えば、ＣＰＵ、メインメモリ、有線あるいは無線の通信装置、各種外部機器と通信に用いる入出力インターフェース、キーボードあるいはマウスなどの入力装置、及びディスプレイなどの表示装置、及びレーザ加工装置１の動作及びデータ処理に必要な各種プログラムを実行可能なコンピュータ装置により構成される。
　レーザ加工装置１において、制御部６は、レーザ発振器２と、駆動部７と、記憶部８とに接続され、各部の動作を制御する。制御部６は、レーザ発振器２を制御することによりレーザ光の照射を制御する。また、制御部６は、レーザ発振器２から発生するレーザ光の出力、周波数、デューティ比、エネルギー密度等を制御する。
　また、制御部６は、駆動部７を制御することでレーザヘッド４と加工テーブル５の動作を制御する。すなわち、制御部６は、駆動部７を制御することでレーザヘッド４と加工テーブル５に載置されるワーク１０との相対移動を制御することができる。制御部６は、駆動部７を介してレーザヘッド４の水平方向の動作を制御することで移動方向や移動量、加工速度等を制御することが可能である。また、制御部６は、レーザヘッド４の鉛直方向の動作を制御することでレーザ光の焦点位置を調整することが可能である。なお、制御部６は、加工テーブル５の鉛直方向の動作を制御するようにしてもよい。
　記憶部８は、例えばハードディスクなどの記憶装置であり、上記コンピュータ装置に設けられる。記憶部８は、レーザ加工装置１で用いられる加工プログラムや加工に関するレーザ加工装置１の設定値等、各種データを記憶する。なお、記憶部８は、制御部６に備えるようにしてもよい。
　加工対象物として、表面に保護シート１１が貼り付けられたワーク１０を用いる。ワーク１０は、加工テーブル５に載置され、レーザヘッド４から照射されるレーザ光により加工が施される。保護シート１１は、ワーク１０の表面を保護するものである。これにより、ワーク１０に外部からの衝撃等により傷が付くことを防止する。
　また、保護シート１１は、レーザ光によりマーキング加工が可能となるよう、レーザ加工装置１で用いるレーザ光の波長に適した材料からなるシートからなる。また、保護シート１１は、ワーク１０の表面に粘着により貼り付けられており、必要に応じて剥がすことが可能である。また、レーザ加工装置１は、ワーク１０に保護シート１１を貼り付けた状態でワーク１０をレーザ加工することが可能である。
　続いて、図２を用いてレーザ加工について説明する。図２は、図１のワーク１０の加工点近傍を拡大した図である。加工点とは、レーザ加工装置１から照射されたレーザ光により加工を行う箇所である。図２では、便宜上、加工点に近いレーザヘッド４の先端部のみを示している。また、矢印の向かう方向が、レーザ光が照射される方向を表している。また、矢印の先端における丸記号の箇所が加工点Ｐを示している。レーザ加工装置１からレーザ光が加工点Ｐへ向かって照射されて加工点Ｐで加工されることを表している。
　図２の通り、ワーク１０には２層構造の保護シート１１が設けられている。この保護シート１１は、レーザ光の吸収性が高いレーザ光吸収層１１ａと、レーザ光の吸収性が低いレーザ光透過層１１ｂとからなる。保護シート１１は、ワーク１０の表面と対向する側にレーザ光吸収層１１ａを備えており、レーザヘッド４側にレーザ光透過層１１ｂを備えている。すなわち、保護シート１１は、レーザ光透過層１１ｂがレーザ光吸収層１１ａに積層された構造を備えている。なお、保護シート１１は、レーザ光透過層１１ｂを備えていなくてもよい。また、レーザ光透過層１１ｂとレーザ光吸収層１１ａとの間には別の層を備えてもよいし、ワーク１０とレーザ光吸収層１１ａとの間に別の層を備えてもよい。
　保護シート１１の各層について説明する。レーザ光吸収層１１ａは、レーザ光の吸収率が高い層であり、黒色や灰色に着色された天然ゴムや熱可塑性樹脂などで構成される。黒色に着色された天然ゴムや熱可塑性樹脂としては、一般にレーザ光の吸収率が高い黒色顔料であるカーボンブラックや黒鉛などのカーボン粒子を含有させたものなどを用いることができる。また、レーザ光吸収層１１ａは、ワーク１０に貼り付けるための粘着性を発現させる材料が含まれている。黒色顔料は、レーザ光の吸収率が高いものであればこれに限られない。レーザ光吸収層１１ａは、このようなレーザ光の吸収率が高い黒色顔料を含有することでレーザ光の吸収率が高い層となっている。ここで、レーザ光の吸収率が高いとは、例えばレーザ光の吸収率が３０％を超えるものであることを意味する。レーザ光の吸収率が３０％を超えるものであれば、レーザ光を吸収してレーザ光吸収層の変形を促しやすい。
　また、レーザ光透過層１１ｂは、レーザ光の吸収率が低い層であり、未着色の熱可塑性樹脂や白色に着色された熱可塑性樹脂などで構成される。白色に着色された熱可塑性樹脂としては、一般にレーザ光の吸収率が低い白色顔料である亜鉛華（酸化亜鉛）、酸化チタンを含有させたものなどを用いることができる。白色顔料は、レーザ光の吸収率が低いものであればこれに限られない。レーザ光透過層１１ｂは、このような未着色もしくはレーザ光の吸収率が低い白色顔料を含有することでレーザ光の吸収率が低い層となっている。ここで、レーザ光の吸収率が低いとは、例えばレーザ光の吸収率が３０％以下であること意味する。
　なお、レーザ光の吸収率は、レーザ光吸収層１１ａの色によってのみ決まるものではなく、レーザ加工装置１で用いるレーザ光に適した吸収率を有する保護シート１１であればよい。
　なお、各層を構成する材料については、各層の材料となる天然ゴムやポリエチレン等を主成分として含んでおり、各層あたり各材料を５０重量％以上で含んでいればその他の樹脂成分等を混合してもよい。
　例えば、保護シート１１には、日東電工株式会社製のＦＩＢＥＲ　ＧＵＡＲＤ（登録商標）ＳＰＶ－３１０ＧＨシリーズ等を用いることができる。なお、保護シート１１の厚みは特に限定されないが、０．０５０ｍｍ～０．２００ｍｍであればワーク１０に保護シート１１を貼り付ける際の作業性がよく好ましい。なお、当該数値範囲は、数値範囲の上限値および下限値も含むものであり、特に断りのない限り以下の説明においても同様である。
　続いて、図３～図５を用いてレーザ加工装置１の動作について説明する。図３Ａは、レーザ加工装置１によるレーザ加工時の模式図であり、図３Ｂは、レーザ加工装置１によるレーザ加工後の模式図である。図４Ａは、レーザ加工装置１によるレーザ加工を行った後の保護シート１１の一例を示す画像であり、図４Ｂは、レーザ加工装置１によるレーザ加工を行った後のワーク１０の一例を示す画像である。図４Ｂでは、図４Ａのワーク１０から保護シート１１の一部を剥離したものを示している。図５は、レーザ加工装置１によるレーザ加工の流れを示すフローチャートである。
　図３Ａでは、保護シート１１のレーザ光吸収層１１ａにレーザ光Ｌを照射する様子を模式的に示している。レーザ光Ｌの焦点位置Ｆは、ワーク１０の表面からレーザヘッド４側に離れた位置となるように調整されている。実質的には、焦点位置Ｆは、保護シート１１の表面からレーザヘッド４側に離れた位置となるように調整されている。この焦点位置Ｆは、いわゆるデフォーカスの位置に調整された状態である。レーザ光Ｌのエネルギー密度は、レーザ光が集光する焦点位置において最も高くなることから、本実施の形態においては、焦点位置Ｆをデフォーカスの位置に調整し、ワーク１０に照射するレーザ光Ｌのエネルギー密度が焦点位置におけるエネルギー密度よりも小さくなるように調整している。これは他の実施の形態においても同様である。
　このように焦点位置Ｆをデフォーカスの位置に調整することで、焦点位置Ｆでのエネルギー密度よりも低いエネルギー密度のレーザ光を保護シート１１の内部に照射することができる。言い換えるとデフォーカスの位置に調整することで、レーザ光吸収層１１ａに対して局所的にエネルギー密度の高いレーザ光が照射されることを回避できるので、レーザ光により保護シート１１を切断しワーク１０を傷付けることを抑制できる。
　デフォーカスの位置は、ワーク１０の表面を基準として焦点位置Ｆの基準からの距離で表される。基準であるワーク１０の表面を０として、焦点位置Ｆがレーザヘッド４側にある場合は、焦点位置は単位をｍｍとして正の値（＋）で表す。
　一方で、焦点位置Ｆがレーザヘッド４側と反対側にある場合は、焦点位置は単位をｍｍとして負の値（－）で表す。例えば焦点位置Ｆがワーク１０の表面からレーザヘッド４側に１０ｍｍの位置にある場合は、焦点位置は＋１０ｍｍである。
　デフォーカスの位置は、例えばワーク１０の表面からレーザヘッド４側に０．５ｍｍ～１０ｍｍ離れた位置、すなわち＋０．５ｍｍ～＋１０ｍｍに設定される。また、デフォーカスの位置は、＋２ｍｍ～＋８ｍｍの範囲であることが好ましく、＋４ｍｍ～＋６ｍｍの範囲であることが保護シート１１に照射するレーザ光のエネルギー密度の点でさらに好ましい。デフォーカスの位置が保護シート１１から離れた位置に設定されているので、加工時の装置の設置環境に由来する振動や保護シート或いはワーク自体の表面の粗さ等による影響を受けることがなく、焦点位置における高いエネルギー密度のレーザ光により保護シート１１を切断してしまうこともない。このようにデフォーカスの位置に設定することは、保護シートへのマーキング加工の安定した品質の実現に貢献する。
　続いて図３Ｂについて説明する。図３Ｂでは、ワーク１０に貼り付けられた保護シート１１にレーザ光を照射した後の様子を示している。図３Ｂの通り、レーザ光を照射したレーザ光吸収層１１ａとワーク１０の表面とが離間し、空洞Ｈが形成されている。すなわち、保護シート１１の内部が変形している。レーザ光によりワーク１０および保護シート１１は破壊されず、レーザ光吸収層１１ａが変形したことにより保護シート１１が変形したことを示している。
　その結果、保護シート１１を貼り付けたワーク１０の表面から観察すると、保護シート１１が変形している箇所を視認することができる。この保護シート１１の変形をマーキングとして認識することができる。なお、保護シート１１の内部が変形するとは、例えば図３Ｂに示した様な保護シート１１の変形の他に、保護シート１１そのものの内部に空洞ができる変形により保護シート１１の表面の起伏に変化が現れるものも含む。
　レーザ加工装置１において、レーザ光の出力は、レーザ光吸収層１１ａにレーザ光を吸収させて保護シート１１の内部を変形させることでマーキングを行うように制御される。このレーザ光の出力は、焦点位置のデフォーカスの位置に応じて適宜変更される。レーザ光の出力は、保護シート１１の内部を変形させるために例えば５０～１００Ｗに制御される。また、レーザ光の出力は、保護シート１１の内部を確実に変形させるために７０～９０Ｗに設定されるのが好ましい。なお、ファイバレーザを用いて板金切断等を行う際は、レーザ光の出力は通常例えば１ｋＷ以上に設定される。したがって、本実施の形態のレーザ加工装置においてマーキングを行う際のレーザ光の出力は、通常のレーザ加工時のレーザ光の出力と比較してかなり小さく設定される点は特徴であるともいえる。
　このように焦点位置をデフォーカスの位置に調整し、レーザ光吸収層１１ａにレーザ光を吸収させて保護シート１１の内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力を制御することで保護シート１１にマーキングすることができる。また、焦点位置をデフォーカスの位置とすることで低いエネルギー密度のレーザ光によりマーキングを行うので、保護シートの表面に対して厳密にレーザ光の照射を制御していた従来技術と比べてレーザ光の制御を容易に行うことができる。
　レーザ光吸収層１１ａがレーザ光を吸収し、熱エネルギーにより加熱されることで変形する。当該変形に起因してレーザ光透過層１１ｂが変形し、これら２つの層の変形により保護シート１１は変形する。本実施の形態におけるマーキングには、保護シート１１がレーザ光により切削されたり、切断されたりするなど、保護シート１１の表面が破壊されることに基づくマーキングは含まないことを意味する。これは他の実施の形態においても同様である。
　レーザヘッド４を所定の軌跡に沿って移動させながら、保護シート１１にマーキングを行う条件でレーザ光の照射を行うと、所定の軌跡を描くマーキングをすることができる。このようにレーザ加工を行うことで、保護シート１１を破壊することなく任意の形状のマーキングを行うことができる。
　また、保護シート１１の内部を変形させることでマーキングするため、レーザ光によりワーク１０を傷つけることもない。また、保護シート１１を切断することもないため保護シート１１から異物が発生することもない。また、レーザ光の吸収率の高い黒色に着色した層をレーザ光吸収層１１ａとして用いたことにより、レーザ光のエネルギーによりレーザ光吸収層１１ａの変形を促しワーク１０表面への加工を確実に防止できる。また、レーザ光の吸収率の低い白色に着色した層をレーザ光透過層１１ｂとして用いたことにより、マーキングの視認性を高めることができる。
　続いて、実際にレーザ加工を行ったワークについて図４を用いて説明する。図４Ａは、実際にレーザ加工を行ったワーク１０の保護シート１１の表面を撮影した画像であり、図４Ｂは、図４Ａで示したワーク１０から保護シート１１の一部を剥離してワーク１０の表面を露出させたものを撮影した画像である。
　図４Ａの通り、保護シートの表面１１ｃには、「ＡＢＣ４５」という文字と数字が並んだマーキングされていることが分かる。これは、保護シート１１にレーザ光が照射された結果、保護シート１１の内部が変形することでマーキングされたことを示している。マーキング箇所においてワーク１０の表面は露出していない。また、図示しないが、レーザ加工後におけるワーク１０と保護シート１１の断面を確認したところ、ワーク１０の表面１０ａと保護シート１１との間に空洞が形成されていることが確認された。
　また、図４Ｂの通り、ワーク１０の表面１０ａに何ら傷が付いていないことが分かる。レーザ加工装置１によるレーザ加工は、保護シート１１にのみ行われており、ワーク１０には行われていない。このようにレーザ加工装置１によれば、ワーク１０を傷付けることなく保護シート１１にマーキングすることができる。
　再び図３に戻り、レーザ加工装置１によるマーキングの機構について説明する。図３Ａの通り、焦点位置Ｆをレーザヘッド４側にデフォーカスしてレーザ光を照射すると、レーザ光はレーザ光透過層１１ｂを透過し、レーザ光吸収層１１ａに吸収される。レーザ光は、レーザ光吸収層１１ａに吸収されると、レーザ光吸収層１１ａを構成するゴムや樹脂等の材料が発熱し、その後材料は溶融する。
　レーザ光吸収層１１ａを構成する材料が溶融した後もレーザ光の吸収が継続しエネルギーが蓄積されることで溶融した材料が蒸発する。当該材料の蒸発により気体が発生するため保護シート１１とワーク１０との間に空間が形成される。材料の蒸発による気体が増加し、保護シート１１は内部から押し上げられるように変形する。その結果、レーザ光吸収層１１ａがワーク１０と離間し、空洞Ｈが形成される。このような流れにより図３Ｂの状態となると考えられる。
　なお、本実施の形態においては、保護シート１１を破壊せずに内部を変形させてマーキングをするために焦点位置をデフォーカスの位置にしてレーザ光の出力を制御することで、レーザ光吸収層に与えるレーザ光のエネルギーを制御することが重要であるが、制御部６が行うレーザ光の制御には、デフォーカスの位置やレーザ光の出力を制御することの他に、レーザ光に係るその他の諸条件を制御することも含まれる。これは他の実施の形態においても同様である。
　マーキングを行う際のレーザ光のその他の諸条件としては、例えば、レーザ光の周波数は５０～１００Ｈｚ、デューティ比は５～１０％、加工速度は５００～１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定される。また、レーザ光の周波数は７０～９０Ｈｚに設定される。なお、レーザ光の周波数、デューティ比、加工速度の条件は、これに限られるものではなく、保護シート１１に用いる材料や厚み等に応じて適宜変更することが可能である。
　続いて図５のフローチャートを用いてレーザ加工装置１によるレーザ加工方法について説明する。
　レーザ加工装置１によりレーザ加工を行うに際して、レーザ光吸収層１１ａを有する保護シート１１を備えるワーク１０を準備し、当該ワーク１０をレーザ加工装置１の加工テーブル５に載置する（Ｓ１）。
　続いて、レーザ加工装置１の制御部６によりレーザヘッド４を制御し、レーザ光の焦点位置を保護シート１１の表面からレーザヘッド４側に離れた位置、すなわちデフォーカスの位置に調整する（Ｓ２：焦点位置調整工程）。この際、制御部６により駆動部７を制御し、レーザヘッド４をワーク１０の加工点の位置まで移動させておく。
　続いて、レーザ加工装置１の制御部６によりレーザ光吸収層１１ａにレーザ光を吸収させて保護シート１１の内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力の制御を行い、加工を行う（Ｓ３：レーザ光出力制御工程）。なお、制御部６は、レーザ光の出力を制御し、加工を行うに際して、レーザ光のその他の諸条件やパラメータについても制御を行う。諸条件やパラメータは事前に設定をしておいてもよい。
　以上の工程により、レーザ加工装置１によるレーザ加工を行うことでワーク１０に傷を付けることなく保護シート１１にマーキングを行うことができる。なお、上記工程については、レーザ加工を行う前にワーク１０の厚みに関する情報から保護シート１１の表面の位置を把握しておくことで上記工程のＳ２とＳ１の順序を入れ替えることもできる。
実施の形態２．
　実施の形態２に係るレーザ加工装置１について以下説明する。
　図６から図９を用いて実施の形態２に係るレーザ加工装置１について説明する。図６は実施の形態２に係るレーザ加工装置１の構成図である。図６に示す通り、レーザ加工装置１は、実施の形態１のレーザ加工装置１に加えてガス供給部９を備えている。以下の説明では、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
　ガス供給部９は、制御部６に接続されており、制御部６の制御によりアシストガスの供給または停止を行う。ガス供給部９は、アシストガスを流通させるガス供給管を通じてアシストガスをレーザヘッド４に供給する。図７は図６のワークの加工点近傍の拡大図である。図７はアシストガスを用いたレーザ加工装置１の一例である。図７に示すように、レーザヘッド４に供給されたアシストガスは、レーザヘッド４の中央に設けられた流通孔４ａである流通部を流れてレーザヘッド４の先端部から排出される。これによりレーザヘッド４は、アシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することが可能である。
　レーザ加工においてワーク１０から溶融物が発生する。レーザヘッド４は、アシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することで、ワーク１０を加工しながらワーク１０から発生する溶融物をアシストガスにより吹き飛ばして加工を行うことが一般に行われている。また、アシストガスには、窒素ガスや酸素ガスが用いられる。
　また、制御部６は、ガス供給部９を制御してアシストガスの圧力や流量を調整することが可能である。また、制御部６は、ガス供給部９のガス供給弁を切り替えることでアシストガスの種類を切り替えることが可能である。また、ガス供給部８から供給するアシストガスの圧力は例えば０．１Ｍｐａ～０．５Ｍｐａに設定される。
　図８は実施の形態２に係るレーザ加工装置１のレーザヘッド４の先端部近傍を示す図である。図８に示すように、レーザヘッド４は流通部として流通孔４ａを本体内部に有しており、アシストガスがレーザヘッド４本体の内部を流れるように構成されている。図９に図８のＸ－Ｘ線断面を示す。図９Ａに示すように、レーザヘッド４は断面が円形状である。また、レーザヘッド４はアシストガスの流通孔４ａとして、レーザヘッド４の本体内部に４つ有している。４つの流通孔４ａは、レーザヘッド４の円周上に沿って等間隔に配置されている。
　制御部６は、ガス供給部９を制御して流通部を通じてアシストガスを供給する。制御部６は、ガス供給部９を制御して４つの流通孔４ａから何れかを選択してアシストガスを供給することができる。これにより、レーザ加工装置１は、レーザ加工に際して加工点Ｐの周囲の所定の位置に対してアシストガスを噴射することが可能である。
　レーザ加工装置１は、実施の形態１で示したマーキングを行うに際して、制御部６によりガス供給部９を制御してアシストガスの供給を行う。制御部６は、マーキングに応じてガス供給部９からのアシストガスを供給することができる。これによりレーザ加工装置１は、マーキング時にマーキングの周囲にアシストガスを噴射してレーザ光により加熱したマーキング箇所を冷却することができる。マーキング部を冷却することで保護シート１１に残った熱による変形を抑制し、保護シート１１の剥がれを防止することができる。
　また、制御部６は、ガス供給部９を制御して流通孔４ａを選択してアシストガスを供給することでマーキングの形状に合わせてアシストガスを噴射することができる。これによりアシストガスに起因する過剰な冷却によってマーキングが不鮮明になることを抑制することができる。
　なお、流通孔４ａはこれに限られず、円周に沿って５つ以上配置してもよいし、３つ以下でもよい。流通孔４ａの形状も円形状に限られず三角形や四角形、その他に多角形でもよい。また、図９Ｂに示す変形例のように、流通孔４ａは円周に沿ってリング状に配置してもよい。
　また、実施の形態２の変形例として、マーキングの方向に応じてアシストガスを供給することができる。マーキングの方向とは、マーキングの形状に沿ってレーザヘッド４の移動を制御してマーキングしている場合であればレーザヘッド４が移動する方向のことを意味する。例えば、レーザ加工装置１によるマーキングの進行方向の後方側からアシストガスを噴射できるよう流通部を設けておく。
　制御部６は、マーキングに応じてアシストガスを噴射するようガス供給部９を制御する。これにより、マーキングの進行方向の後方側からのみアシストガスが噴射されるので、マーキングが完了した箇所を冷却し、マーキングが未完了の箇所は冷却しないため鮮明にマーキングを行うことができる。
　また、別の変形例として、マーキングの形状に応じてアシストガスを供給することができる。マーキングの形状とは、ある形状をマーキングしているある加工時間帯に描かれる線などの形状のことを意味する。例えば、レーザ加工装置１によるマーキングにおいて直線を描いているときに、当該直線を挟むようにアシストガスを噴射するようガス供給部９を制御して流通部を通じてアシストガスを噴射する。
　これにより、レーザ加工装置１は、マーキングの形状を囲むようにアシストガスが噴射されるので、マーキングの形状に沿ってアシストガスが保護シート１１を押圧しマーキングにより保護シート１１が剥離することが確実に抑制することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３に係るレーザ加工装置１について以下説明する。
　図１０を用いて実施の形態３に係るレーザ加工装置１について説明する。図１０は、実施の形態３に係るレーザ加工装置１の構成図である。図１０に示す通り、レーザ加工装置１は、実施の形態２のレーザ加工装置１に加えてシート情報受付部１２を備えている。以下の説明では、実施の形態１および２とは異なる構成について主に説明する。
　シート情報受付部１２は、制御部６と接続されており、保護シート１１に係る情報を制御部６に送信する。なお、シート情報受付部１２は、制御部６に備えるようにしてもよい。
　シート情報受付部１２は、レーザ加工装置１に外部から入力される保護シートに関するシート情報を受け付ける。例えば、作業者が入力インターフェース等を通じて入力するシート情報を受け付ける。なお、シート情報は、レーザ加工装置１と接続される読取機を用いてシート情報と関連付けられた情報を有するバーコードや二次元バーコード等からシート情報を読み取ってもよい。また、読取機をレーザ加工装置１に取り付けておき、加工テーブル５に載置されるワーク１０から自動でシート情報を読み取ってもよい。
　ここで、シート情報とは、レーザ加工の対象となるワーク１０に貼り付けた保護シート１１に関する情報である。シート情報は、例えば保護シート１１の材料、層構成、厚み、保護シートの製品番号、レーザ光吸収率等の情報を含む。
　シート情報受付部１２は、受け付けたシート情報を制御部６に送信する。制御部６は、シート情報受付部から受信したシート情報に基づいて、シート情報に対応するマーキング条件を記憶部８から読み出す。
　ここで、マーキング条件とは、例えばシート情報毎に決められたデフォーカスの位置であるレーザヘッド４の位置とレーザ光の出力の条件である。また、マーキング条件には、レーザ光の周波数、デューティ比、加工速度、アシストガス種、アシストガス圧力、アシストガス流量等の条件を含んでもよい。なお、記憶部８にはマーキングを行う前にシート情報に対応するマーキング条件が記憶されているものとする。
　制御部６は、シート情報に対応するマーキング条件を記憶部８から読み出した後、当該マーキング条件に基づいてレーザヘッド４の位置とレーザ光の出力を設定する。なお、マーキング条件にその他の諸条件が含まれていれば、その他の諸条件に基づいて条件を設定する。制御部６は、設定した条件に基づいてマーキングを行う。このように、レーザ加工装置１は、入力されたシート情報に基づいてマーキング条件を設定することができるので、操作を容易にして効率的にマーキングを行うことができる。
　また、実施の形態３の変形例として、レーザ加工装置１が設定したシート情報に対応するマーキング条件によりテスト加工を行うことができる。テスト加工とは、設定したマーキング条件によりワーク１０に対して正しくマーキングを行うことができるか実際にマーキングを行う前に確かめるために行う加工である。
　図１１を用いて変形例について説明する。図１１は、加工テーブル５にワーク１０を設置した状態の様子を示す平面図である。加工テーブル５は、ワーク１０を加工するためのワーク加工領域５ａと、ワーク加工領域外にテスト用ワーク１３のテスト加工を行うテスト加工領域５ｂとを有している。ワーク加工領域５ａにはワーク１０が載置されており、テスト加工領域５ｂにはテスト用ワーク１３が載置されている。また、テスト用ワーク１３に対して、レーザヘッド４から矢印で示すレーザ光が照射される様子を模式的に示している。なお、ワーク加工領域５ａとテスト加工領域５ｂの大きさはこれに限られない。
　レーザ加工装置１は、シート情報に対応するマーキング条件に基づいてレーザヘッド４の位置とレーザ光の出力を設定する。レーザ加工装置１は、設定した当該条件によってテスト加工領域に載置されたテスト用ワーク１３に対してマーキングを行う。これにより、レーザ加工装置１は、実際にワーク１０にマーキングを行う前に正しくマーキングが行われているか確認することができるのでワーク１０に対してマーキングミスをしてしまうことを抑制できる。
　なお、テスト用ワーク１３は、実際にマーキングを行うワーク１０と同じ構成を有するものであり、実際のワーク１０よりも小さいものを用いるのが作業上好ましい。また、テスト用ワーク１３は、テスト加工の際にテスト加工領域５ｂに載置してマーキングを行うようにしてもよいし、受け付けたシート情報に基づいて適当なテスト用ワーク１３が選択されてテスト加工領域に自動で載置されるようにしてもよい。
　以上本開示の実施の形態について説明したが、本開示のレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、実施の形態１から３および変形例で説明した形態には限られず、本開示の内容の一部を示すものである。本開示のレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、組み合わせたり、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１　レーザ加工装置
２　レーザ発振器
３　伝送部
４　レーザヘッド
４ａ　流通孔
５　加工テーブル
５ａ　ワーク加工領域
５ｂ　テスト加工領域
６　制御部
７　駆動部
８　記憶部
９　ガス供給部
１０　ワーク
１０ａ　ワーク表面
１１　保護シート
１１ａ　レーザ光吸収層
１１ｂ　レーザ光透過層
１１ｃ　保護シート表面
１２　シート情報受付部
１３　テスト用ワーク

Claims (7)

  1. 　レーザ光を発生させるレーザ発振器と、
    　レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークを載置する加工テーブルと、
    　前記レーザ光により前記ワークを加工するレーザヘッドと、
    　前記レーザ光の焦点位置が前記ワークの表面から前記レーザヘッドの方へ離れた位置となるように前記レーザヘッドの位置を調整し、前記レーザ光吸収層に前記レーザ光を吸収させて前記保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うように前記レーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザ加工装置。
  2. 　前記保護シートは、前記レーザ光吸収層に積層されたレーザ光透過層を有し、
    　前記制御部は、前記レーザ光吸収層に前記レーザ光を吸収させて前記レーザ光吸収層を変形させ、当該変形に応じて前記レーザ光透過層を変形させる請求項１に記載のレーザ加工装置。
  3. 　前記保護シートは、前記レーザ光を吸収する黒色顔料により着色された前記レーザ光吸収層と、前記レーザ光を透過する白色顔料により着色された前記レーザ光透過層とからなる請求項２に記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記制御部により制御され、前記ワークに噴射するアシストガスを前記レーザヘッドに供給するガス供給部と、
    　前記レーザヘッドに設けられ、前記ガス供給部から供給される前記アシストガスが流通する流通部と、をさらに備え、
    　前記制御部は、前記マーキングに応じて前記アシストガスの供給を制御する請求項１から３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  5. 　外部から入力される前記保護シートに関するシート情報を受け付けるシート情報受付部と、
    　前記シート情報に基づくマーキング条件を記憶する記憶部と、をさらに備え、
    　前記シート情報受付部は、受け付けた前記シート情報を前記制御部に送信し、
    　前記制御部は、前記シート情報受付部から受信した前記シート情報に基づいて、前記シート情報に対応する前記マーキング条件を前記記憶部から読み出し、当該マーキング条件に基づいて前記レーザヘッドの位置と前記レーザ光の出力を設定する請求項１から４の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記加工テーブルは、前記ワークを加工するワーク加工領域と、前記ワーク加工領域の外にテスト加工領域とを有し、
    　前記制御部は、前記レーザヘッドの位置と前記レーザ光の出力を設定し、当該設定により前記テスト加工領域においてテスト加工を行う請求項１から５の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  7. 　レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークをレーザ発振器から発生させるレーザ光により加工するレーザヘッドを制御し、前記レーザ光の焦点位置を前記ワークの表面から前記レーザヘッドの方へ離れた位置に調整する焦点位置調整工程と、
    　前記レーザ光吸収層に前記レーザ光を吸収させて前記保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うように前記レーザ光の出力を制御するレーザ光出力制御工程とを備えるレーザ加工方法。
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