JP6342949B2 - 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

レーザ加工は、切断する材料又は厚さなどから、加工条件を選択して行われる。レーザ加工の開始時に大きな反射光が発生することが多く、レーザ加工を中断又は停止していた。このような反射光を回避する技術としては、例えば特許文献１〜３が公知である。

特許文献１には、レーザ加工前に、予備加工として焦点位置を変更しながらピアス条件でレーザを照射し、反射光が低い位置を記憶するとともに、その位置でピアス加工（穴開け加工）を行う発明が記載されている。

特許文献２には、穴開け加工又は切断加工の前に、レーザ光をパルス照射し、反射光の測定値が規定値を超えた場合に、レーザ光のパルス幅を短くする発明が記載されている。

特許文献３には、ワークに対してレーザ照射を行い、その反射光から設定されている加工条件とワークとが一致しているかを判定する発明が記載されている。

特開２０１４−１１７７３０号公報 特許第４１７４２６７号公報 国際公開第２０１３／０１４９９４号

レーザ光を利用して穴開け、切断、マーキング、溶接等のレーザ加工を行うと、
（１）加工条件の分からない材料を加工する場合、
（２）選択する加工条件を入力し間違えた場合、
（３）同じ材料でも表面の状態、傾き等により反射率が大きく異なる場合、
などにより加工不具合を発生したり、大きな反射光を発生したりすることがある。非常に大きな反射光がレーザ発振器へ戻ると、瞬時にレーザ発振器を破壊する。また、繰返し大きな反射光がレーザ発振器に戻ると障害の原因になる。このため、反射光の発生により、レーザ加工が停止し、安定した生産稼働が難しいという課題があった。

そこで、ワークからの反射光を抑制し、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を行う技術が求められている。

本発明の第１の態様は、加工ヘッドからワークにレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法であって、ワークにレーザ加工を行う前に、ワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定するステップと、反射光の測定値に基づいて、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップと、決定したワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに基づいて、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップと、ワークを溶融又は酸化できると判断した場合に、ワークを溶融又は酸化させる高いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射するステップと、再び低いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定するステップと、反射光の測定値に基づいて、ワークの溶融又は酸化を確認してレーザ加工を開始するか否かを判定するステップと、を含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、レーザ加工装置が、低いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射したときの反射光の基準値を、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに関連付けて格納する第１データベースと、レーザ加工装置の最大出力を格納する第２データベースと、を有し、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップが、反射光の測定値に基づいて、第１データベースから反射光の基準値に関連付けられたワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを参照するステップを含み、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップが、参照したワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワー及び第２データベースに格納されたレーザ加工装置の最大出力に基づいて、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップを含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第３の態様は、第１の態様において、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップが、低いレーザパワー及び反射光の測定値から求めた反射率に基づいて、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップを含み、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップが、決定したワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワー及びレーザ加工装置の最大出力に基づいて、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップを含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第４の態様は、第１の態様において、ワークの溶融又は酸化が不十分である場合に、高いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射するステップを繰返す、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第５の態様は、第４の態様において、高いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射するステップを繰返す前に、レーザ光の照射時間を延ばすステップを更に含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第６の態様は、第４の態様において、高いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射するステップを繰返す前に、焦点位置を変更してレーザパワーを上昇させるステップを更に含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第７の態様は、第１〜第６の態様のいずれか１つにおいて、レーザ加工装置が、ワーク表面におけるスポット径を格納する第３データベースを更に有する、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第８の態様は、第１〜第７の態様のいずれか１つにおいて、レーザ加工装置が、レーザ光の特性及び加工ヘッドの光学仕様を格納する第４データベースを更に有し、第４データベースに基づいて、焦点位置のスポット径を算出するステップを更に含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第９の態様は、第８の態様のいずれか１つにおいて、レーザ加工装置が、ワークと加工ヘッドのノズルとの間の距離を測定するギャップセンサを更に有し、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップが、ワークと加工ヘッドのノズルとの間の距離に基づいて、ワーク表面におけるスポット径を算出するステップと、算出したワーク表面におけるスポット径に基づいて、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップと、を更に含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第１０の態様は、加工ヘッドからワークにレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、レーザパワーを変更可能なレーザ発振器と、加工条件に応じてレーザ発振器に出力を指令する制御部と、反射光を測定する反射光センサと、ワークにレーザ加工を行う前に、ワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間レーザ光をワークに照射する指令を行い、照射したレーザ光の反射光の測定値に基づいてワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するとともに、決定したワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに基づいてワークを溶融又は酸化できるか否かを判断する前加工判断部と、を有する、レーザ加工装置を提供する。

本発明によれば、レーザ加工装置に入力された加工条件が、ワークの材質、表面状態、傾き、レーザ光の焦点位置等において最適でない場合でも、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を実行でき、生産性が向上する。

本発明の第１実施形態におけるレーザ加工装置を示す概略図である。 第１実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。 第１実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 第１実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフである。 第１実施形態におけるワークの種類、ワークで反射する反射光の基準値、及びワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを関連付けて格納するデータベース（Ｄ１）である。 第１実施形態におけるレーザ発振器の最大出力を格納するデータベース（Ｄ２）である。 本発明の第２実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 第３実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態においてワーク表面におけるスポット径が１００μｍ時のワークの種類、反射光の基準値及びワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを示すデータベース（Ｄ１）である。 第４実施形態におけるレーザ情報を示すデータベース（Ｄ２）である。 第４実施形態における焦点位置及びスポット径の関係を示すデータベース（Ｄ３）である。 第４実施形態におけるワーク表面のスポット径を算出する算出方法を示す図である。 本発明の第５実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同様の構成要素には同様の符号が付与されている。なお、以下に記載される内容は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態におけるレーザ加工装置を示す概略図である。レーザ加工装置１０は、ワーク１１に対して穴開け、切断、マーキング、溶接等のレーザ加工を行う前に、反射光を抑制する前加工を行う。レーザ加工装置１０は、ワーク１１に対してレーザ光Ｌを照射する加工ヘッド１２と、ワーク１１を配置されるテーブル１３と、加工ヘッド１２及びテーブル１３の機構部を制御する機構制御部１４と、加工ヘッド１２に光ファイバ１５を介して接続されるレーザ発振器１６と、レーザ加工装置１０全体を制御する数値制御装置１７と、加工ヘッド１２に設けられた反射光センサ４２と、レーザ発振器１６に設けられた反射光センサ３３と、加工ヘッド１２のノズルとワーク１１との間の距離を測定するギャップセンサ４４と、を有する。

図２は、第１実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。図２を参照すると、レーザ加工装置１０は、加工条件４０及び加工プログラム３９を記憶する記憶部３８と、加工プログラム３９に従ってレーザ加工装置１０全体を制御する制御部３７と、を有する。記憶部３８は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリで構成され、制御部３７は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサで構成される。制御部３７は、加工条件４０に応じてレーザ光の出力指令を出力制御部３２に行い、出力制御部３２は、出力指令に応じて生成したパルス指令をレーザ用電源３１に行う。レーザ用電源３１は、パルス指令に応じて生成した電力を励起用レーザ光源に供給して励起用レーザ光をレーザ共振器３０に供給し、レーザ共振器３０は、励起用レーザ光で共振してレーザ光Ｌを出射する。

制御部３７は、加工条件４０に応じて加工ヘッド１２に対するワーク１１の位置指令を位置制御部２６、２７に行い、位置制御部２６、２７は、位置指令に応じて生成したパルス指令をサーボアンプ２２、２３に行う。サーボアンプ２４、２５は、パルス指令にフィードバックパルスを積算して生成した駆動信号をサーボモータ２２、２３に供給し、サーボモータ２２、２３は、それぞれ加工ヘッド１２のＺ軸方向の位置を変更する駆動軸１９及び加工ヘッド１２内のフォーカスレンズ２０のＢ軸方向の位置を変更する駆動軸２１を回転させる。レーザ加工装置１は、図示しないものの、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に応じて位置制御部、サーボアンプ及びサーボモータを備える。

制御部３７は、本来のレーザ加工（本加工）前に反射光を抑制するため、ワーク１１を溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間レーザ光をワーク１１に照射する指令を行う。レーザ共振器３０から出射したレーザ光Ｌは、光ファイバ１５を介して加工ヘッド１２に入射し、コリメーションレンズ９で平行光にされ、ベンダミラー８でワーク１１の方向へ反射し、フォーカスレンズ２０で集光され、ワーク１１に照射される。照射されたレーザ光Ｌは、ワーク１１で反射し、反射光Ｒが加工ヘッド１２に設けられた反射光センサ４２又はレーザ発振器１６に設けられた反射光センサ３３で測定される。反射光センサ３３、４２で測定された反射光Ｒは、それぞれ増幅部３４、４３で増幅され、記憶部２９に測定値２８として記憶される。制御部３７は、反射光の測定値２８に基づいてワーク１１の溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定する。

制御部３７は、決定したワーク１１の溶融又は酸化に必要なレーザパワーがレーザ発振器１６の最大出力を超えていないかを判断することにより、ワーク１１を溶融又は酸化できるかを判断する。ワーク１１を溶融又は酸化できると判断した場合、制御部３７は、ワーク１１を溶融又は酸化させる高いレーザパワーで所定時間レーザ光をワーク１１に照射する指令を行う。ワーク１１が溶融又は酸化することにより、レーザ加工時の反射光Ｒが抑制される。ワーク１１の溶融又は酸化を確認するため、制御部３７は、再び低いレーザパワーで所定時間レーザ光をワーク１１に照射する指令を行う。制御部３７は、ワーク１１で反射した反射光Ｒの測定値２８に基づいてワーク１１の溶融又は酸化レベルを確認し、ワークの溶融又は酸化レベルが十分な場合には、本加工を開始する指令を行う。他方、ワークの溶融又は酸化レベルが不十分な場合には、制御部３７は、本加工を中止する指令を行う。

次に、図３〜図６を参照して、第１実施形態のレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法について説明する。図３は、第１実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートであり、図４は、第１実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフであり、図５は、第１実施形態におけるワークの種類、ワークで反射する反射光の基準値、及びワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを関連付けて格納するデータベース（Ｄ１）であり、図６は、第１実施形態におけるレーザ発振器の最大出力を格納するデータベース（Ｄ２）である。第１実施形態では、これらデータベース（Ｄ１、Ｄ２）が図２に示す記憶部３８に記憶されている。

図３に示すように、ステップＳ１００では、ワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで短時間（１００Ｗ、１ミリ秒）レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定する。反射光の測定値（１８Ｗ）は、Ｍ１として記憶される。ステップＳ１０１では、Ｍ１に基づいて、Ｄ１からワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定する。Ｍ１は１８Ｗであるため（反射光の基準値１６Ｗ±３Ｗ）、ワーク（すなわち鋳鉄）の溶融又は酸化に必要なレーザパワーが５５０Ｗであると決定される。次いで、ステップＳ１０２では、Ｄ２からワークを溶融又は酸化できるか否かを判断する。鋳鉄の溶融又は酸化に必要なレーザパワー５５０ＷはＤ２に示すレーザ発振器の最大出力５０００Ｗ以下であるため、ワークを溶融又は酸化できると判断される。

ワークを溶融又は酸化できると判断した場合、ステップＳ１０３において、ワークを溶融又は酸化させる高いレーザパワーで短時間（この場合、最大出力の５０００Ｗ、２ミリ秒）レーザ光をワークに照射する。ステップＳ１０４では、再び低いレーザパワーで短時間（１００Ｗ、１ミリ秒）レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定する。反射光の測定値（５Ｗ）は、Ｍ２として記憶される。ステップＳ１０５では、Ｍ２に基づいて、ワークの溶融又は酸化レベルを確認して本加工を開始するか否かを判定する。Ｍ２（５Ｗ）はＭ１（１８Ｗ）の５０％以下であるため、ワークの溶融又は酸化レベルが十分であると判断し、本加工を開始する指令を行う。他方、Ｍ２がＭ１の５０％以下でない場合には、反射光が抑制される程度までワークの溶融又は酸化が十分でないため、本加工を中止する。

このような態様によれば、入力された加工条件が、ワークの材質、表面状態、傾き、レーザ光の焦点位置等において最適でない場合でも、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を実行でき、生産性が向上する。

なお、本加工前にレーザ光を照射するステップにおいても、ワーク１１で反射する反射光Ｒが図２に示す規定値４１又は図４に示す規定値ラインを超えないことが好ましい。しかしながら、ごく短時間（例えば２ミリ秒以下）であれば、ワークからの反射光が規定値を超えたとしても、レーザ発振器に影響を及ぼさないであろう。

（第２実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第２実施形態におけるレーザ加工方法について説明する。第２実施形態におけるレーザ加工装置の構成は、第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成と同一であるため、説明を省略する。図７は、第２実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートであり、図８は、第２実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフである。図７において、ステップＳ２００〜ステップＳ２０５は、第１実施形態のステップＳ１００〜ステップＳ１０５と同じであるため、説明を省略する。

ステップＳ２０５において、ワークの溶融又は酸化を確認するために測定された反射光の測定値（Ｍ２）がワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するために測定された反射光の測定値（Ｍ１）の５０％超７０％以下に低下している場合（ワークの溶融又は酸化レベルが少し不十分である場合）には、ステップＳ２０６において照射時間を延ばした後に（２ミリ秒延ばす）、ステップＳ２０３において再び高いレーザパワーで短時間（５０００Ｗ、４ミリ秒）レーザ光をワークに照射することが好ましい。また、Ｍ２がＭ１の７０％超９０％以下に低下している場合（ワークの溶融又は酸化レベルがかなり低い場合）には、ステップＳ２００に戻り、再び低いレーザパワーで短時間（１００Ｗ、２ミリ秒）レーザ光をワークに照射し、同じステップＳ２００〜Ｓ２０５を繰返す。

このような態様によれば、早い段階でワークの溶融又は酸化が完了し、本加工をすぐに開始できる。

（第３実施形態）
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第３実施形態におけるレーザ加工方法について説明する。第３実施形態におけるレーザ加工装置の構成は、第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成と同一であるため、説明を省略する。図９は、第３実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートであり、図１０は、第３実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフである。図９において、ステップＳ３００〜ステップＳ３０６は、第２実施形態のステップＳ２００〜ステップＳ２０６と同じである。

ステップＳ３０５において、ワークの溶融又は酸化レベルを確認するために測定された反射光の測定値（Ｍ２）がワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するために測定された反射光の測定値（Ｍ１）の７０％超８０％以下に低下している場合（ワークの溶融又は酸化レベルが不十分である場合）には、ステップＳ３０７においてレーザ光の焦点位置を上方へ移動してレーザパワーを上昇した後に（＋１０００Ｗ上昇）、ステップＳ３０３において再び高いレーザパワーで短時間（３０００Ｗ、２ミリ秒）レーザ光をワークに照射する。ただし、第３実施形態は、ステップＳ３０３で最初に使用したレーザパワー（２０００Ｗ）がレーザ発振器の最大出力（５０００Ｗ）より低い場合に限られる。

このような態様によれば、ワークがアルミニウム等の高反射材であっても、焦点位置を変更することで高いレーザパワーでレーザ光をワークに照射できるため、早い段階でワークの溶融又は酸化が完了し、本加工をすぐに開始できることとなる。

（第４実施形態）
次に、図１１〜図１４を参照して、本発明の第４実施形態におけるレーザ加工方法について説明する。第４実施形態におけるレーザ加工装置の構成は、第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成と同一であるが、特にワーク１１と加工ヘッド１２のノズルとの間の距離を測定するギャップセンサ４４を利用し、ワークとノズルとの間の距離に基づいてワーク表面におけるスポット径を算出し、算出したワーク表面におけるスポット径からワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定する点で異なる。図１１は、第４実施形態におけるワークの種類、ワークで反射する反射光の基準値、及びワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを関連付けて格納するデータベース（Ｄ１）であり、図１２は、第４実施形態におけるレーザ情報を格納するデータベース（Ｄ２）であり、図１３は、第４実施形態におけるワークに対する焦点位置及びワーク表面におけるスポット径の関係を示すデータベース（Ｄ３）であり、図１４は、第４実施形態におけるワーク表面のスポット径を算出する算出方法を示す図である。第４実施形態では、これらデータベース（Ｄ１〜Ｄ３）が図２に示す記憶部３８に記憶されている。なお、図１１に示すＤ１は、焦点位置のスポット径が１００μｍ時のデータであり、図１２に示すＤ２は、レーザ加工装置の構成が変更された場合には、変更可能である。

図３のフローチャートを参照して、第４実施形態におけるレーザ加工方法について説明する。まず、ステップＳ１００では、低いレーザパワーで短時間（１００Ｗ、１ミリ秒）レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定する（Ｍ１が９０Ｗ）。ステップＳ１０１では、まず、Ｄ２からノズルに対する焦点位置が３ｍｍであり、発散角が１．７°であることが分かる。また、焦点位置のスポット径は、ファイバ径÷コリメーションレンズの焦点距離×フォーカスレンズの焦点距離で得られ、Ｄ２から２００μｍ（＝１００μｍ÷１００ｍｍ×２００ｍｍ）として算出される。ギャップセンサ４４で測定したワークとノズルとの間の距離が１ｍｍである場合、図１４から現在のワークに対する焦点位置が＋２ｍｍ（＝３ｍｍ−１ｍｍ）として算出されるため、現在のワーク表面におけるスポット径は３１８μｍ（＝ｔａｎ（１．７°）×２ｍｍ×２＋２００μｍ）として算出される。この例ではＭ１が９０Ｗであるため、焦点位置のスポット径が１００μｍの場合にワーク（アルミニウム＃５０００番）の溶融又は酸化に必要なレーザパワーは、Ｄ１から９５０Ｗであることが分かる。焦点位置のスポット径が２００μｍの場合、レーザビームの単位密度当たりの熱量は焦点位置のスポット径が１００μｍの場合の１／４倍になる。また、現在のワーク表面におけるスポット径は３１８μｍであるため、スポット径が１００μmの場合の約１０倍の９６０６Ｗとなる。

ステップＳ１０２において、Ｄ２からレーザ発振器の最大出力は５０００Ｗであり、９６０６Ｗより低いことから、アルミニウム＃５０００番を溶融又は酸化できないと判断される。この場合、本加工を中止する。他のステップについては、第１実施形態におけるレーザ加工方法と同一であるため、説明を省略する。

レーザ加工装置がギャップセンサ４４及びデータベースＤ１〜Ｄ３を有することにより、ワークに対してより正確なレーザ照射を行って、本加工前にワークを確実に溶融又は酸化させることができる。

（第５実施形態）
次に、図１５を参照して、本発明の第５実施形態におけるレーザ加工装置について説明する。第５実施形態におけるレーザ加工装置５０は、本加工前にワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間（１００Ｗ、１ミリ秒）レーザ光をワークに照射する指令を行い、照射したレーザ光の反射光の測定値（Ｍ１）に基づいて、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを求めるとともに、求めたワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに基づいてワークを溶融又は酸化できるか否かを判断する前加工判断部４６を有する。前加工判断部４６は、限定しないものの、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の集積回路又は電気回路で構成されていて、第１〜第４実施形態と同じレーザ加工方法を実行する。前加工判断部４６が集積回路等のハードウェアで構成されることにより、本加工を開始するまでの時間を短縮できる。

（第６実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第６実施形態におけるレーザ加工方法について説明する。第６実施形態におけるレーザ加工装置の構成は、第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成と同一であるため、説明を省略する。ステップＳ１００において、ワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間（１００Ｗ、１ミリ秒）レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定した後、ステップＳ１０１において、反射光の反射率Ａ（低いレーザパワー（１００Ｗ）に対する反射光の測定値（１８Ｗ）の比率。この場合、反射率Ａ＝１８％）を求める。求めた反射率Ａに基づいて、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定する。

反射率Ａが９８％以上の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは２８００Ｗであり、反射率Ａが９２％以上９８％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは２５００Ｗであり、反射率Ａが７６％以上９２％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは２０００Ｗであり、反射率Ａが６１％以上７６％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは１４００Ｗであり、反射率Ａが４７％以上６１％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは１２００Ｗであり、反射率Ａが３３％以上４７％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは９００Ｗであり、反射率Ａが１９％以上３３％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは７００Ｗであり、反射率Ａが１９％未満の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは５５０Ｗである。したがって、反射率Ａが１８％の場合、ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーは５５０Ｗである。

ステップＳ１０２において、ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断する。レーザ発振器の最大出力は、図６に示すように、５０００Ｗであるため、ワークを溶融又は酸化できると判断される。

ここで、本発明の作用効果について説明する。本発明によれば、レーザ加工装置に入力された加工条件が、ワークの材質、表面状態、傾き、レーザ光の焦点位置等において最適でない場合であっても、反射光を抑制し、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を実行でき、生産性が向上する。

なお、前述した実施形態におけるプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、例えばCD-ROMに記録して提供してもよい。

本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した種々の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。

１０、５０ レーザ加工装置
１１ ワーク
１２ 加工ヘッド
１６ レーザ発振器
２８ 反射光の測定値
２９ 記憶部
３３、４２ 反射光センサ
３７ 制御部
３８ 記憶部
３９ 加工プログラム
４４ ギャップセンサ
４６ 前加工判断部
Ｌ レーザ光
Ｒ 反射光

Claims (10)

1. 加工ヘッドからワークにレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法であって、
   前記ワークにレーザ加工を行う前に、前記ワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定するステップと、
   前記反射光の測定値に基づいて、前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップと、
   決定した前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに基づいて、前記ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップと、
   前記ワークを溶融又は酸化できると判断した場合に、前記ワークを溶融又は酸化させる高いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射するステップと、
   再び前記低いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を測定するステップと、
   前記反射光の測定値に基づいて、前記ワークの溶融又は酸化を確認して前記レーザ加工を開始するか否かを判定するステップと、
   を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記レーザ加工装置が、前記低いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射したときの前記反射光の基準値を、前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに関連付けて格納する第１データベースと、前記レーザ加工装置の最大出力を格納する第２データベースと、を有し、
   前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップが、前記反射光の測定値に基づいて、前記第１データベースから前記反射光の基準値に関連付けられた前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを参照するステップを含み、
   前記ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップが、参照した前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワー及び前記第２データベースに格納された前記レーザ加工装置の最大出力に基づいて、前記ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップを含む、請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップが、前記低いレーザパワー及び前記反射光の測定値から求めた反射率に基づいて、前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップを含み、
   前記ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップが、決定した前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワー及び前記レーザ加工装置の最大出力に基づいて、前記ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断するステップを含む、請求項１に記載のレーザ加工方法。
4. 前記ワークの溶融又は酸化が不十分である場合に、前記高いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射するステップを繰返す、請求項１に記載のレーザ加工方法。
5. 前記高いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射するステップを繰返す前に、レーザ光の照射時間を延ばすステップを更に含む、請求項４に記載のレーザ加工方法。
6. 前記高いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射するステップを繰返す前に、焦点位置を変更してレーザパワーを上昇させるステップを更に含む、請求項４に記載のレーザ加工方法。
7. 前記レーザ加工装置が、ワーク表面におけるスポット径を格納する第３データベースを更に有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
8. 前記レーザ加工装置が、レーザ光の特性及び加工ヘッドの光学仕様を格納する第４データベースを更に有し、
   前記第４データベースに基づいて、焦点位置のスポット径を算出するステップを更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
9. 前記レーザ加工装置が、前記ワークと前記加工ヘッドのノズルとの間の距離を測定するギャップセンサを更に有し、
   前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップが、
   前記ワークと前記加工ヘッドのノズルとの間の距離に基づいて、ワーク表面におけるスポット径を算出するステップと、
   算出した前記ワーク表面におけるスポット径に基づいて、前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するステップと、
   を更に含む、請求項８に記載のレーザ加工方法。
10. 加工ヘッドからワークにレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
    レーザパワーを変更可能なレーザ発振器と、
    加工条件に応じて前記レーザ発振器に出力を指令する制御部と、
    前記反射光を測定する反射光センサと、
    前記ワークにレーザ加工を行う前に、前記ワークを溶融又は酸化させない低いレーザパワーで所定時間レーザ光を前記ワークに照射する指令を行い、照射したレーザ光の反射光の測定値に基づいて前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーを決定するとともに、決定した前記ワークの溶融又は酸化に必要なレーザパワーに基づいて前記ワークを溶融又は酸化できるか否かを判断する前加工判断部と、
    を有することを特徴とするレーザ加工装置。

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