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技術 レーザ加工装置

出願人 シャープ株式会社
発明者 関政則竹内博明
出願日 2007年3月6日 (13年8ヶ月経過) 出願番号 2007-055969
公開日 2008年9月18日 (12年2ヶ月経過) 公開番号 2008-218819
状態 未査定
技術分野 レーザ加工 レーザ(2)
主要キーワード 強度基準値 標準幅 エネルギ測定値 強度平均値 レーザ光検出信号 基準幅 レーザ光検出器 ゲイン交点周波数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年9月18日)のものです。
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図面 (10)

課題

再現性のよいレーザ加工を実現する。

解決手段

レーザ加工装置は、レーザ生成器20と、センサ24と、エネルギ算出部26と、偏差算出部28と、制御値算出部32と、停止演算部34および比例要素36と、スイッチ30および切替制御部62とを含む。レーザ生成器20は、レーザ光を生成する。センサ24は、レーザ光の強度を検出する。エネルギ算出部26は、レーザ光のエネルギを算出する。偏差算出部28は、レーザ光のエネルギの偏差を算出する。制御値算出部32は、偏差に対応する制御値を算出する。停止演算部34および比例要素36は、レーザ光の生成の終了時に算出された制御値を保持する。スイッチ30および切替制御部62は、レーザ光の生成の再開時には終了時に算出された制御値に基づき、再開後には再開後に算出された制御値に基づき、レーザ生成器20を制御する。

概要

背景

特許文献1は、レーザ加工装置とともに用いられレーザ加工装置のレーザパワーを安定化させるためのレーザパワー安定化装置を開示する。レーザパワー安定化装置は、センサと、処理部と、判定部とを有する。センサは、レーザ加工装置からのレーザ光を受け、光強度信号を検出する。光強度信号は、レーザ光の光強度を表す。処理部は、光強度信号を所定の時間で積分してパルスエネルギー計測値を得る。判定部は、予め設定されたパルスエネルギー基準値とパルスエネルギー計測値とを比較してその偏差を求め偏差に応じてレーザ加工装置のレーザパワーを調整する。

特許文献1に開示された発明によると、高能率にしかも精度よくレーザパワーを安定化することができる。

特許文献2は、レーザ光のレーザパワーをモニタするレーザモニタ装置を開示する。レーザモニタ装置は、タイミング回路と、レーザ光検出器と、積分回路と、CPU(Central Processing Unit)とを具備する。タイミング回路は、レーザ光が出力されている期間と出力されていない期間とを判別する。レーザ光検出器は、レーザ光の一部または全部を受光し、レーザ光のレーザ出力に対応した電気的なレーザ光検出信号を発生する。積分回路は、タイミング回路の判別に基づいてレーザ光検出信号を積分する。積分される期間はレーザ光が出力されている期間のみである。積分は、所定の累積時間にわたって実施される。CPUは、積分回路の積分によって得られた積分値に基づいてレーザ光のレーザパワー測定値を求める。

特許文献2に開示された発明によると、レーザ光の中断の影響を受けない高精度なレーザパワー測定値を得ることができる。
特開平11−261146号公報
特開平6−237028号公報

概要

再現性のよいレーザ加工を実現する。レーザ加工装置は、レーザ生成器20と、センサ24と、エネルギ算出部26と、偏差算出部28と、制御値算出部32と、停止演算部34および比例要素36と、スイッチ30および切替制御部62とを含む。レーザ生成器20は、レーザ光を生成する。センサ24は、レーザ光の強度を検出する。エネルギ算出部26は、レーザ光のエネルギを算出する。偏差算出部28は、レーザ光のエネルギの偏差を算出する。制御値算出部32は、偏差に対応する制御値を算出する。停止演算部34および比例要素36は、レーザ光の生成の終了時に算出された制御値を保持する。スイッチ30および切替制御部62は、レーザ光の生成の再開時には終了時に算出された制御値に基づき、再開後には再開後に算出された制御値に基づき、レーザ生成器20を制御する。

目的

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、再現性のよいレーザ加工を実現できるレーザ加工装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

レーザ光を生成するためのレーザ生成手段と、前記レーザ光の強度を検出するための検出手段と、前記検出手段が検出した強度に基づいて前記レーザ光のエネルギを算出するためのエネルギ算出手段と、前記レーザ光のエネルギの予め定められた値に対する偏差を算出するための偏差算出手段と、前記偏差算出手段が算出した偏差に対応する制御値を算出するための制御値算出手段と、前記レーザ光の生成の終了時に算出された前記制御値を保持するための保持手段と、前記レーザ光の生成の再開時には前記終了時に算出された前記制御値に基づいて前記レーザ生成手段を制御し、かつ前記レーザ光の生成の再開後には前記再開後に算出された前記制御値に基づいて前記レーザ生成手段を制御するための制御手段とを含む、レーザ加工装置

請求項2

前記保持手段は、前記制御値算出手段に入力される値を前記制御値に基づいて算出するための入力値算出手段を含み、前記制御手段は、前記偏差算出手段が算出した値と前記入力値算出手段が算出した値とのうち一方を前記制御値算出手段に導入するための導入手段と、前記再開時には前記入力値算出手段が算出した値が前記制御値算出手段に導入され、かつ前記再開後には前記偏差算出手段が算出した値が前記制御値算出手段に導入されるように、前記導入手段を制御するための切替制御手段とを含む、請求項1に記載のレーザ加工装置。

請求項3

前記入力値算出手段は、前記制御値の予め定められた基準値に対する偏差を算出するための手段と、前記制御値の偏差に比例する補正値を算出するための補正値算出手段とを含む、請求項2に記載のレーザ加工装置。

請求項4

前記レーザ生成手段は、前記レーザ光のパルスを生成するための手段を含み、前記制御値算出手段は、入力された信号の低周波成分に対応する信号を生成するための信号生成手段と、前記信号生成手段が生成した信号を増幅するための増幅手段とを含み、前記制御手段は、基準幅に対する前記パルスの幅の比に反比例する増幅率で前記信号生成手段が生成した信号を増幅するように、前記増幅手段を制御するための手段と、前記制御値の偏差に対する前記補正値の比が前記パルスの幅の比に比例するように、前記補正値算出手段を制御するための手段とをさらに含む、請求項3に記載のレーザ加工装置。

請求項5

前記レーザ生成手段は、前記レーザ光のパルスを生成するための手段を含み、前記制御値算出手段は、入力された信号の低周波成分に対応する信号を生成するための信号生成手段と、前記信号生成手段が生成した信号を増幅するための増幅手段とを含み、前記制御手段は、前記信号生成手段が生成した信号の増幅率と、前記制御値の偏差に対する前記補正値の比とを、基準幅に対する前記パルスの幅の比に対応付けて記憶するための記憶手段と、前記パルスの幅の比に対応する前記増幅率で前記信号生成手段が生成した信号を増幅するように、前記増幅手段を制御するための手段と、前記制御値の偏差に対する前記補正値の比が前記パルスの幅の比に対応するように、前記補正値算出手段を制御するための手段とをさらに含む、請求項3に記載のレーザ加工装置。

請求項6

前記制御手段は、前記制御値に基づいて前記基準値を算出するための基準値算出手段をさらに含む、請求項3に記載のレーザ加工装置。

請求項7

前記基準値算出手段は、前記レーザ生成手段が前記レーザ光の生成を開始した時を始期とする期間に前記制御値算出手段が算出した前記制御値に基づいて、前記基準値を算出するための手段を含む、請求項6に記載のレーザ加工装置。

請求項8

前記レーザ生成手段は、前記レーザ光のパルスを生成するための手段を含み、前記基準値算出手段は、前記レーザ生成手段が前記レーザ光の生成を開始した時から前記パルスの周波数と前記レーザ生成手段に供給される交流電力の周波数とに対応する数の前記パルスを生成した時までの期間に前記制御値算出手段が算出した前記制御値に基づいて、前記基準値を算出するための手段を含む、請求項7に記載のレーザ加工装置。

請求項9

前記基準値算出手段は、前記レーザ光が生成される期間であって開始時および終了時を除く期間に前記制御値算出手段が算出した前記制御値の平均値に基づいて、前記基準値を算出するための手段を含む、請求項6に記載のレーザ加工装置。

請求項10

前記基準値算出手段は、前記レーザ光の生成の終了時を含む期間に前記制御値算出手段が算出した前記制御値に基づいて、前記基準値を算出するための手段を含む、請求項6に記載のレーザ加工装置。

請求項11

前記レーザ生成手段は、前記レーザ光のパルスを生成するための手段を含み、前記基準値算出手段は、前記パルスの周波数と前記レーザ生成手段に供給される交流電力の周波数とに対応する数の前記パルスが生成された期間であって前記レーザ光の生成の終了時を含む期間に前記制御値算出手段が算出した前記制御値に基づいて、前記基準値を算出するための手段を含む、請求項10に記載のレーザ加工装置。

請求項12

前記レーザ生成手段は、前記レーザ光を連続して生成するための手段を含む、請求項1に記載のレーザ加工装置。

請求項13

前記レーザ生成手段は、前記レーザ光のパルスを生成するための手段を含み、前記エネルギ算出手段は、前記レーザ光の1パルスあたりのエネルギを算出するための手段を含む、請求項1に記載のレーザ加工装置。

請求項14

前記エネルギ算出手段は、前記検出手段が検出した強度を、前記レーザ光のパルスごとに積分するための積分手段と、前記積分手段が積分した値を保持するための手段とを含む、請求項13に記載のレーザ加工装置。

請求項15

前記制御値算出手段は、入力された信号の低周波成分に対応する信号を生成するための信号生成手段と、前記信号生成手段が生成した信号を増幅するための増幅手段とを含む、請求項1に記載のレーザ加工装置。

請求項16

前記信号生成手段は、ローパスフィルタを含む、請求項15に記載のレーザ加工装置。

技術分野

0001

本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、バーストモード運転され得るレーザ加工装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1は、レーザ加工装置とともに用いられレーザ加工装置のレーザパワーを安定化させるためのレーザパワー安定化装置を開示する。レーザパワー安定化装置は、センサと、処理部と、判定部とを有する。センサは、レーザ加工装置からのレーザ光を受け、光強度信号を検出する。光強度信号は、レーザ光の光強度を表す。処理部は、光強度信号を所定の時間で積分してパルスエネルギー計測値を得る。判定部は、予め設定されたパルスエネルギー基準値とパルスエネルギー計測値とを比較してその偏差を求め偏差に応じてレーザ加工装置のレーザパワーを調整する。

0003

特許文献1に開示された発明によると、高能率にしかも精度よくレーザパワーを安定化することができる。

0004

特許文献2は、レーザ光のレーザパワーをモニタするレーザモニタ装置を開示する。レーザモニタ装置は、タイミング回路と、レーザ光検出器と、積分回路と、CPU(Central Processing Unit)とを具備する。タイミング回路は、レーザ光が出力されている期間と出力されていない期間とを判別する。レーザ光検出器は、レーザ光の一部または全部を受光し、レーザ光のレーザ出力に対応した電気的なレーザ光検出信号を発生する。積分回路は、タイミング回路の判別に基づいてレーザ光検出信号を積分する。積分される期間はレーザ光が出力されている期間のみである。積分は、所定の累積時間にわたって実施される。CPUは、積分回路の積分によって得られた積分値に基づいてレーザ光のレーザパワー測定値を求める。

0005

特許文献2に開示された発明によると、レーザ光の中断の影響を受けない高精度なレーザパワー測定値を得ることができる。
特開平11−261146号公報
特開平6−237028号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、特許文献1に開示された発明では、レーザの出力が開始された直後は、レーザ光として出力されるエネルギ目標値から大きく外れるという問題点がある。このことは、被加工面の性状が位置ごとに変動することを意味する。このようなことが生じると、再現性のよいレーザ加工を実施することは困難である。

0007

この問題点について詳細に説明する。図7は、一般的なレーザ加工装置の構成を表わす図である。図7を参照して、一般的なレーザ加工装置は、レーザ生成器20と、ビームスプリッタ22と、センサ24と、エネルギ算出部42と、偏差算出部44と、制御値算出部46とを含む。

0008

レーザ生成器20は、レーザ光を発振する。ビームスプリッタ22は、レーザ生成器20が発振したレーザ光を分岐させる。センサ24は、ビームスプリッタ22が分岐したレーザ光に基づいて、そのレーザ光の強度を検出する。センサ24は、その強度を表わす信号を出力する。エネルギ算出部42は、センサ24が出力した信号が入力されると、その信号が表わす強度を積分することにより、所定の期間にレーザ光として出力されたエネルギを算出する。エネルギ算出部42は、エネルギが算出されると、エネルギの値を表わす信号を出力する。偏差算出部44は、図示しない装置が出力した信号とエネルギ算出部42が出力した信号とが入力されると、それらの信号が表わす値の差を算出する。図示しない装置が出力し、かつ偏差算出部44に入力される信号は、レーザ光として出力されるエネルギの目標値を表わす。偏差算出部44が算出した差を表わす信号が入力されると、制御値算出部46は制御信号を出力する。この信号に応答して、レーザ生成器20は動作する。これにより、レーザ生成器20がレーザ光として出力するエネルギは制御値算出部46に入力された信号が表わす値に対応することとなる。

0009

図7に示したレーザ加工装置をバーストモードで運転する方法は2つある。第1の方法は、レーザ光として出力するエネルギを変更する方法である。この方法を実施する場合、レーザを出力する期間中、レーザ光として出力するエネルギはほぼ目標値に等しくなる。レーザを停止する期間中、レーザ光として出力するエネルギはゼロになる。第2の方法は、レーザ生成器20に信号が入力される時期を制限する方法である。この方法を実施する場合、レーザを出力する期間中、信号はレーザ生成器20に周期的に入力される。レーザを停止する期間中、信号の入力は停止される。第1の方法を「出力値変更法」と称する。第2の方法を「時期制限法」と称する。

0010

図8は、出力値変更法を実施した場合における、信号のタイミングを表わす図である。図8において、「目標値」は上述した目標値を意味する。「トリガ信号」はレーザ生成器20に入力される信号を表わす。この信号が入力されると、レーザ生成器20はレーザ光を出力する。「強度信号」は制御値算出部46が出力する信号を意味する。「エネルギ測定値」は、レーザ光のエネルギの測定値を意味する。「偏差信号」は、偏差算出部44が出力し、制御値算出部46に入力される信号を意味する。図8において太い丸で囲まれた箇所が表わすように、レーザの出力が開始された直後は、それ以外の時期に比べ、エネルギ測定値が目標値よりも大幅に小さくなっている。

0011

図9は、時期制限法を実施した場合における、信号のタイミングを表わす図である。「目標値」と、「トリガ信号」と、「強度信号」と、「エネルギ測定値」と、「偏差信号」との意味は、図8の場合と同様である。図9において太い丸で囲まれた箇所が表わすように、レーザの出力が開始された直後は、それ以外の時期に比べ、エネルギ測定値が大きくなったり小さくなったりする。このような現象は、制御ループ内の回路遅れにより生じる。

0012

特許文献2に開示された発明では、レーザを出力する期間中に、レーザ光として出力されるエネルギの変動を抑制できないという問題点がある。いったんレーザ光の出力が終了した後、新たにレーザ光の出力を再開する際に、レーザ加工装置の制御を実施するためである。レーザを出力する期間中にエネルギの変動を抑制できないことは、被加工面の性状が位置ごとに変動することを意味する。このようなことが生じると、再現性のよいレーザ加工を実施することは困難である。

0013

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、再現性のよいレーザ加工を実現できるレーザ加工装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0014

上記目的を達成するために、本発明のある局面にしたがうと、レーザ加工装置は、レーザ生成手段と、検出手段と、エネルギ算出手段と、偏差算出手段と、制御値算出手段と、保持手段と、制御手段とを含む。レーザ生成手段は、レーザ光を生成する。検出手段は、レーザ光の強度を検出する。エネルギ算出手段は、検出手段が検出した強度に基づいてレーザ光のエネルギを算出する。偏差算出手段は、レーザ光のエネルギの予め定められた値に対する偏差を算出する。制御値算出手段は、偏差算出手段が算出した偏差に対応する制御値を算出する。保持手段は、レーザ光の生成の終了時に算出された制御値を保持する。制御手段は、レーザ光の生成の再開時には終了時に算出された制御値に基づいてレーザ生成手段を制御し、かつレーザ光の生成の再開後には再開後に算出された制御値に基づいてレーザ生成手段を制御する。

0015

また、上述した保持手段は、制御値算出手段に入力される値を制御値に基づいて算出するための入力値算出手段を含むことが望ましい。併せて、制御手段は、導入手段と、切替制御手段とを含むことが望ましい。導入手段は、偏差算出手段が算出した値と入力値算出手段が算出した値とのうち一方を制御値算出手段に導入する。切替制御手段は、再開時には入力値算出手段が算出した値が制御値算出手段に導入され、かつ再開後には偏差算出手段が算出した値が制御値算出手段に導入されるように、導入手段を制御する。

0016

もしくは、上述した入力値算出手段は、偏差を算出するための手段と、補正値算出手段とを含むことが望ましい。偏差を算出するための手段は、制御値の予め定められた基準値に対する偏差を算出する。補正値算出手段は、制御値の偏差に比例する補正値を算出する。

0017

もしくは、上述したレーザ生成手段は、レーザ光のパルスを生成するための手段を含むことが望ましい。併せて、制御値算出手段は、信号生成手段と、増幅手段とを含むことが望ましい。信号生成手段は、入力された信号の低周波成分に対応する信号を生成する。増幅手段は、信号生成手段が生成した信号を増幅する。併せて、制御手段は、増幅手段を制御するための手段と、補正値算出手段を制御するための手段とをさらに含むことが望ましい。増幅手段を制御するための手段は、基準幅に対するパルスの幅の比に反比例する増幅率で信号生成手段が生成した信号を増幅するように、増幅手段を制御する。補正値算出手段を制御するための手段は、制御値の偏差に対する補正値の比がパルスの幅の比に比例するように、補正値算出手段を制御する。

0018

もしくは、上述したレーザ生成手段は、レーザ光のパルスを生成するための手段を含むことが望ましい。併せて、制御値算出手段は、信号生成手段と、増幅手段とを含むことが望ましい。信号生成手段は、入力された信号の低周波成分に対応する信号を生成する。増幅手段は、信号生成手段が生成した信号を増幅する。併せて、制御手段は、記憶手段と、増幅手段を制御するための手段と、補正値算出手段を制御するための手段とをさらに含むことが望ましい。記憶手段は、信号生成手段が生成した信号の増幅率と、制御値の偏差に対する補正値の比とを、基準幅に対するパルスの幅の比に対応付けて記憶する。増幅手段を制御するための手段は、パルスの幅の比に対応する増幅率で信号生成手段が生成した信号を増幅するように、増幅手段を制御する。補正値算出手段を制御するための手段は、制御値の偏差に対する補正値の比がパルスの幅の比に対応するように、補正値算出手段を制御する。

0019

もしくは、上述した制御手段は、制御値に基づいて基準値を算出するための基準値算出手段をさらに含むことが望ましい。

0020

もしくは、上述した基準値算出手段は、レーザ生成手段がレーザ光の生成を開始した時を始期とする期間に制御値算出手段が算出した制御値に基づいて、基準値を算出するための手段を含むことが望ましい。

0021

もしくは、上述したレーザ生成手段は、レーザ光のパルスを生成するための手段を含むことが望ましい。併せて、基準値算出手段は、レーザ生成手段がレーザ光の生成を開始した時からパルスの周波数とレーザ生成手段に供給される交流電力の周波数とに対応する数のパルスを生成した時までの期間に制御値算出手段が算出した制御値に基づいて、基準値を算出するための手段を含むことが望ましい。

0022

もしくは、上述した基準値算出手段は、レーザ光が生成される期間であって開始時および終了時を除く期間に制御値算出手段が算出した制御値の平均値に基づいて、基準値を算出するための手段を含むことが望ましい。

0023

もしくは、上述した基準値算出手段は、レーザ光の生成の終了時を含む期間に制御値算出手段が算出した制御値に基づいて、基準値を算出するための手段を含むことが望ましい。

0024

もしくは、上述したレーザ生成手段は、レーザ光のパルスを生成するための手段を含むことが望ましい。併せて、基準値算出手段は、パルスの周波数とレーザ生成手段に供給される交流電力の周波数とに対応する数のパルスが生成された期間であってレーザ光の生成の終了時を含む期間に制御値算出手段が算出した制御値に基づいて、基準値を算出するための手段を含むことが望ましい。

0025

また、上述したレーザ生成手段は、レーザ光を連続して生成するための手段を含むことが望ましい。

0026

また、上述したレーザ生成手段は、レーザ光のパルスを生成するための手段を含むことが望ましい。併せて、エネルギ算出手段は、レーザ光の1パルスあたりのエネルギを算出するための手段を含むことが望ましい。

0027

もしくは、上述したエネルギ算出手段は、積分手段と、保持するための手段とを含むことが望ましい。積分手段は、検出手段が検出した強度を、レーザ光のパルスごとに積分する。保持するための手段は、積分手段が積分した値を保持する。

0028

また、上述した制御値算出手段は、信号生成手段と、増幅手段とを含むことが望ましい。信号生成手段は、入力された信号の低周波成分に対応する信号を生成する。増幅手段は、信号生成手段が生成した信号を増幅する。

0029

また、上述した信号生成手段は、ローパスフィルタを含むことが望ましい。

発明の効果

0030

本発明に係るレーザ加工装置は、再現性のよいレーザ加工を実現できる。

発明を実施するための最良の形態

0031

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

0032

図1は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を表わす図である。図1を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ生成器20と、ビームスプリッタ22と、センサ24と、エネルギ算出部26と、偏差算出部28と、スイッチ30と、制御値算出部32と、停止演算部34と、比例要素36と、コンピュータ38とを含む。

0033

レーザ生成器20は、レーザ光を発振する。ビームスプリッタ22は、レーザ生成器20が発振したレーザ光を分岐させる。センサ24は、ビームスプリッタ22が分岐したレーザ光に基づいて、レーザ光の強度を検出する。センサ24は、その強度を表わす信号を出力する。エネルギ算出部26は、センサ24が出力した信号が入力されると、その信号が表わす強度を積分することにより、所定の期間にレーザ光として出力されたエネルギを算出する。この「所定の期間」は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、レーザ生成器20に入力されたトリガ信号が「HIGH」である期間を意味することとする。このトリガ信号はコンピュータ38が出力した信号である。エネルギ算出部26は、エネルギが算出されると、エネルギの値を表わす信号を出力する。偏差算出部28は、コンピュータ38が出力した信号が入力され、かつエネルギ算出部26が出力した信号が入力されると、差を算出する。コンピュータ38が出力し、かつ偏差算出部28に入力される信号は、レーザ光として出力されるエネルギの目標値を表わす。本実施の形態において、この目標値を「出力目標値」と称する。偏差算出部28が算出する差は、エネルギ算出部26が算出したエネルギを表わす値と出力目標値との差である。偏差算出部28は、その差を表わす信号を出力する。この信号を「変更信号」と称する。スイッチ30は、制御値算出部32に入力される信号の経路切替える。この切り替えにより、偏差算出部28が算出した値と比例要素36が算出した値とのうち一方が制御値算出部32に導入されることとなる。制御値算出部32は信号を出力する。この信号に応答してレーザ生成器20は動作する。これにより、レーザ生成器20が出力するレーザ光の強度は制御値算出部32に入力された信号が表わす値に対応することとなる。本実施の形態において、制御値算出部32が出力する信号を「強度信号」と称する。停止演算部34は、コンピュータ38が出力した信号が入力され、かつ制御値算出部32が出力した信号が入力されると、差を算出する。コンピュータ38が出力し、かつ停止演算部34に入力される信号は、レーザ光の強度の目標値を表わす。本実施の形態において、この目標値を「強度基準値」と称する。本実施の形態の場合、この値は、レーザ光が出力されている期間のうちいずれかの時点における、強度信号が表わす値に基づいて算出される。コンピュータ38に強度信号が入力されることにより、コンピュータ38は強度基準値を算出することができる。停止演算部34が算出する差は、制御値算出部32が出力した信号が表わす値と強度基準値との差である。停止演算部34は、その差を表わす信号を出力する。この信号を「維持信号」と称する。また、変更信号と維持信号とを、「偏差信号」と総称する。比例要素36は、維持信号が入力されると、維持信号が表わす値に係数乗算する。比例要素36は、その乗算の結果得られた値を表す信号を出力する。これにより、比例要素36は、制御値の偏差に比例する補正値を算出する補正値算出素子として動作することとなる。比例要素36の乗算により得られた値を表わす信号は、スイッチ30を経て、制御値算出部32に入力される。コンピュータ38は、レーザ生成器20と、エネルギ算出部26と、偏差算出部28と、スイッチ30と、制御値算出部32と、停止演算部34とに、信号を出力する。

0034

制御値算出部32は、遅れ要素50と、比例要素52と、図示しない論理回路とを含む。遅れ要素50は、遅れ補償回路とローパスフィルタとにより構成される信号生成回路である。比例要素52は、遅れ要素50が出力した信号を増幅する増幅回路である。論理回路は、遅れ要素50と比例要素52との間に接続され、遅れ要素50が出力した信号に所定の加工を加える。この加工は、遅れ要素50が出力した信号が示す値に、レーザ生成器20が出力したレーザ光の強度を示す値を加算する処理に相当する。この加工が施された信号が比例要素52に入力されると、比例要素52は、入力された信号を増幅して出力する。出力された信号は、レーザ生成器20が生成するレーザ光の強度に対応する。

0035

エネルギ算出部26は、積分回路54と、サンプルホールド回路56とを含む。積分回路54は、レーザ光として出力されたエネルギを表わす信号を生成する回路である。この信号は、次に述べる信号に基づいて生成される。その信号とは、レーザ生成器20に入力されたトリガ信号が「HIGH」である期間にセンサ24が出力した、レーザ光の強度を表わす信号である。サンプルホールド回路56は、積分回路54が生成した信号の波高を保持する回路である。その波高は、積分回路54が新たに信号を生成するまで保持される。

0036

コンピュータ38は、切替制御部62と、増幅制御部64と、補正制御部66と、基準値算出部68と、記憶部70と、目標値算出部72とを含む。これらは、コンピュータ38によって実現される仮想装置である。切替制御部62は、レーザ光の生成の再開時には後述する入力値算出ユニットが算出した値が制御値算出部32に導入され、かつ再開後には偏差算出部28が算出した値が制御値算出部32に導入されるように、スイッチ30を制御する。切替制御部62は、トリガ信号を出力することにより、レーザ生成器20とエネルギ算出部26とを制御する装置でもある。増幅制御部64は、比例要素52を制御する。補正制御部66は、比例要素36を制御する。基準値算出部68は、強度基準値を算出する。記憶部70は、遅れ要素50が生成した信号の増幅率と、制御値の偏差に対する補正値の比とを、レーザ光のパルスの幅の基準幅に対する比に対応付けて記憶する。増幅制御部64および補正制御部66の制御により定められる比例係数は、記憶部70が記憶した値に基づいて定められた値と、増幅制御部64および補正制御部66がレーザ光のパルスの幅の基準幅に対する比に基づいて算出した値とのうち一方である。どちらの値が使用されるかということは、ユーザの設定に基づいて定められる。目標値算出部72は、記憶部70が記憶した出力目標値を読み出し、偏差算出部28に出力する。

0037

本実施の形態の場合、基準値算出部68が予め算出する強度基準値は、次に述べる値のいずれかである。その第1の値は、次に述べる平均値に所定の係数を乗算した値である。その平均値とは、レーザ光の生成の開始時を含む期間に制御値算出部32が算出した値の平均値である。第2の値は、次に述べる平均値に所定の係数を乗算した値である。その平均値とは、レーザ生成器20が周波数fのレーザ光の生成を開始した時からf/60×比例乗数kもしくはf/50個×比例乗数k個のパルスを生成した時までの期間に制御値算出部32が算出した値の平均値である。第3の値は、次に述べる平均値に所定の係数を乗算した値である。その平均値とは、レーザ光が生成される期間であって開始時および終了時を除く期間に制御値算出部32が算出した値の平均値である。第4の値は、次に述べる平均値に所定の係数を乗算した値である。その平均値とは、レーザ光の生成の終了時を含む期間に制御値算出部32が算出した値の平均値である。第5の値は、周波数fのレーザ光の生成の終了時を含むf/60×比例乗数kもしくはf/50個×比例乗数k個のレーザ光のパルスが生成された期間に制御値算出部32が算出した値の平均値である。本実施の形態の場合、これらの値のうち、オペレータが選択した値が強度平均値として使用される。強度基準値は、上述した第1〜第5の値に限定されるものではない。強度基準値は、レーザ光が生成されている期間における、ある特定の強度値であっても良い。

0038

図2は、コンピュータ38の構成を表わす図である。図2を参照して、コンピュータ38は、CPU500と、ディスプレイ501と、キーボード502と、スピーカ503と、ROM(Read Only Memory)504と、RAM(Random Access Memory)505と、メモリ駆動装置506と、マウス507と、I/O(Input/Output)508と、バス510とを含む。CPU500は、レーザ生成器20と、エネルギ算出部26と、偏差算出部28と、スイッチ30と、制御値算出部32と、停止演算部34とに対する処理手順記述されたプログラムをRAM505から得る。CPU500は、そのプログラムを実行する。また、CPU500は、ディスプレイ501、キーボード502、スピーカ503、ROM504、RAM505、メモリ駆動装置506、マウス507、およびI/O508とデータのやりとりを行なう。ディスプレイ501は、表示しようとするデータを画像として表示する。キーボード502は、機械的もしくは電子的なスイッチなどにより、押下されたキーを検出する。これにより、ユーザの指示が入力される。ユーザの指示はバス510を介してCPU500などに出力される。スピーカ503は、音声信号を音に変換し、かつ出力する装置である。ROM504は、コンピュータ38が情報処理を行なうために必須の情報を記憶する。RAM505は、プログラム、データの保存場所として使用されるだけでなく、プログラムを実行するために必要なデータを一時的に記憶する装置としても使用される。メモリ駆動装置506は、PC(Personal Computer)カード600などの、装着や脱着が可能な記録媒体からプログラムを読取る。マウス507は、いわゆるクリックアンドドラックにより、ユーザからの信号の入力を受付ける。I/O508は、レーザ生成器20、エネルギ算出部26、偏差算出部28、スイッチ30、制御値算出部32、および停止演算部34と、CPU500との間で信号を中継する。バス510は、コンピュータ38を構成する装置を相互に接続する。

0039

図3を参照して、以上のような構造に基づく、レーザ加工装置の動作について説明する。図3は、本実施の形態に係るレーザ加工装置における、信号のタイミングを表わす図である。

0040

図3における時刻T(0)の時点で、目標値算出部72は、出力目標値を表わす信号の出力を開始する。この信号は、偏差算出部28に入力される。

0041

出力目標値を表わす信号の出力を開始すると同時に、切替制御部62は、レーザ生成器20とエネルギ算出部26とにトリガ信号を繰り返して出力する。

0042

トリガ信号が「HIGH」の期間、レーザ生成器20はレーザ光を出力する。また、トリガ信号が出力されると、積分回路54はサンプルホールド回路56に信号を出力する。サンプルホールド回路56はその信号の波高を保持する。積分回路54は、信号を出力すると、新たな信号の生成を開始する。サンプルホールド回路56は、出力中の信号の波高を、積分回路54が出力した信号の波高に基づいて変更する。サンプルホールド回路56が出力中の信号が、エネルギの値を表わす信号である。

0043

出力目標値を表わす信号の入力が開始され、かつエネルギの値を表わす信号が出力されると、偏差算出部28は、出力目標値とエネルギの値との差を算出する。その差が算出されると、偏差算出部28は、変更信号を出力する。この場合、スイッチ30は偏差算出部28と制御値算出部32とを接続しているので、変更信号は制御値算出部32に入力される。

0044

変更信号が入力されると、制御値算出部32は強度信号を出力する。強度信号に応答してレーザ生成器20は動作する。これにより、レーザの出力が増加し始める。

0045

レーザ生成器20がレーザの出力を開始したことに応じて、センサ24が検出するレーザ光の強度は増加する。積分回路54は、その強度を積分することにより、所定の期間にレーザ光として出力されたエネルギを算出する。積分回路54が出力する信号の波高は、算出されたエネルギの値に対応する。その後、トリガ信号が出力されると、積分回路54はサンプルホールド回路56に信号を出力する。サンプルホールド回路56は、出力中の信号の波高を、積分回路54が出力した信号の波高に基づいて変更する。これにより、偏差算出部28が算出する値の絶対値は次第に小さくなる。

0046

その後、レーザ光の出力からサンプルホールド回路56による波高の変更までの処理が繰り返されると、強度信号が表わす値はある範囲内で変動するようになる。図3において、時刻T(0)から時刻T(1)までの期間は、このことを表わす。また、この期間中に、基準値算出部68は、強度信号をサンプリングしている。

0047

その後、時刻がT(1)に達すると、切替制御部62は、トリガ信号の出力を停止する。これにより、レーザ生成器20はレーザの出力を停止する。サンプルホールド回路56が出力する信号の波高は、トリガ信号の出力が停止された時点の高さに維持される。

0048

その後、時刻がT(2)に達すると、基準値算出部68は、強度基準値を表わす信号の出力を開始する。強度基準値を表わす信号の波高は、強度信号が表わす値に対応している。その強度信号は、次に述べる期間のうち基準値算出部68が選択した時点の強度信号である。その期間とは、レーザ光が出力されていた直近の期間である。この信号は、停止演算部34に入力される。停止演算部34は、維持信号を出力する。併せて、切替制御部62は、発振信号を「LOW」にする。発振信号が「LOW」になると、制御値算出部32と比例要素36とを接続するように、スイッチ30は動作する。

0049

維持信号は、比例要素36に出力される。維持信号が出力されると、比例要素36は信号を出力する。出力される信号が表わす値は、維持信号が表わす値に比例する。その比例係数は、補正制御部66が出力した信号が表わすパルス幅に対応している。

0050

比例要素36が信号を出力すると、その信号は遅れ要素50に出力される。その信号が入力されると、遅れ要素50は信号を出力する。その信号は、上述した論理回路に出力される。その信号が入力されると、論理回路はその信号に加工を施す。加工が施されると、論理回路は加工が施された信号を出力する。その信号は、比例要素52に出力される。その信号が入力されると、比例要素52は信号を出力する。比例要素52が出力した信号が表わす値は、レーザ光の強度を示す値に比例する。その比例要素52にて乗ずる比例係数は、増幅制御部64が出力した信号が表わすパルス幅に対応している。比例要素52が出力した信号は、停止演算部34に制御信号として出力される。

0051

これにより、レーザ光が出力されていない期間であっても、制御値算出部32が出力した制御信号が表わす値と強度基準値との差に基づいて、フィードバック制御が実施される。そのようなフィードバック制御が実施されるので、制御値算出部32に入力される値はある範囲内の値となる。

0052

その後、時刻がT(3)に達すると、切替制御部62は、トリガ信号の出力を再開する。同時に、切替制御部62は、発振信号を「HIGH」に変更する。変更に応じて、制御値算出部32と偏差算出部28とを接続するように、スイッチ30は動作する。これにより、切替制御部62は、スイッチ30の制御を通じて、レーザ光の生成の再開時には終了時に算出された制御値に基づいてレーザ生成器20を制御し、かつレーザ光の生成の再開後には再開後に算出された制御値に基づいてレーザ生成器20を制御することとなる。トリガ信号の出力が再開されたことに応じて、積分回路54はサンプルホールド回路56に信号を出力する。サンプルホールド回路56はその信号の波高を保持する。積分回路54は、信号を出力すると、新たな信号の生成を開始する。サンプルホールド回路56は、出力中の信号の波高を、積分回路54が出力した信号の波高に基づいて変更する。

0053

出力目標値を表わす信号の入力が再開され、かつエネルギの値を表わす信号が出力されると、偏差算出部28は、出力目標値とエネルギの値との差を算出する。その差が算出されると、偏差算出部28は、変更信号を出力する。

0054

変更信号が出力されると、制御値算出部32は強度信号を出力する。強度信号に応答してレーザ生成器20は動作する。これにより、レーザの出力が変化し始める。

0055

以上のようにして、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光の生成の終了時、レーザ光の生成の再開時の制御に用いる値を保持する。制御に用いる値が保持されているので、次にレーザ光を発振する際、レーザ生成器20は適切な強度のレーザ光を直ちに出力し始めることができる。その上、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発振している期間、レーザ光の強度を表わす値を直ちに制御に用いることができる。その値が直ちに制御に用いられるので、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発振している期間、レーザ光として出力されるエネルギの変動を迅速に抑制できる。

0056

また、本実施の形態の場合、停止演算部34と比例要素36とからなる入力値算出ブロックが、制御値算出部32が出力した値に基づいて、その値を出力するために制御値算出部32に入力される値を算出する。これにより、入力値算出ブロックと制御値算出部32との間で信号が循環していることになるので、レーザ生成器20に適切な制御信号を入力するためのタイミングは自ずと最適化される。そのタイミングが自ずと最適化されるので、レーザ光の生成の再開時、出力されるレーザの強度は安定する。

0057

また、本実施の形態の場合、停止演算部34と比例要素36とから入力値算出ブロックが構成されている。停止演算部34は、制御値算出部32が制御信号として出力した値の強度基準値に対する偏差を算出する。これにより、強度基準値を適切に選択することで、制御値算出部32が制御信号として出力した値に含まれた誤差を小さくできる。誤差が小さくなるので、レーザ光の生成の再開時、その誤差が原因となってレーザの強度が不安定化する可能性は小さくなる。

0058

また、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光のパルス幅に基づいて、制御値算出部32を制御する。これにより、レーザ生成器20と制御値算出部32とで構成された開ループを想定した場合、その開ループの周波数特性を安定化させることができる。

0059

このことについて具体的に説明する。図4は、トリガ信号のパルス幅がある幅であった場合の、前述した開ループの周波数特性を表わす図である。本実施の形態では、そのパルス幅を「標準幅」と称する。図5は、トリガ信号のパルス幅が標準幅より長い場合の、前述した開ループの周波数特性を表わす図である。図6は、トリガ信号のパルス幅が標準幅より短い場合の、前述した開ループの周波数特性を表わす図である。

0060

図5において丸印で示した部分は、トリガ信号のパルス幅が標準幅より長い場合、標準幅であった場合に比べ、ゲイン余裕が小さいことを表わす。ゲイン余裕が小さいことは、フィードバック制御を行った場合、出力結果が却って目標値から離れてしまうことを意味する。

0061

図6において丸印で示した部分は、トリガ信号のパルス幅が標準幅より短い場合、標準幅であった場合に比べ、ゲイン交点周波数が小さくなってしまうことを表わす。ゲイン交点周波数が小さいことは、フィードバック制御によって出力を安定化できる事例が少なくなることを意味する。

0062

本実施の形態に係るレーザ加工装置において、比例要素52が出力した信号が表わす値は、遅れ要素50が出力した信号が表わす値に比例する。その比例係数は、CPU500がI/O508を介して出力した信号が表わすパルス幅に対応している。これにより、トリガ信号のパルス幅に関わらず、上述した開ループの周波数特性を一定に保つことができる。図4図5、および図6から明らかなように、フィードバック制御をどの程度安定して実施できるかということと開ループの周波数特性とは対応している。フィードバック制御をどの程度安定して実施できるかということと開ループの周波数特性とが対応しているので、トリガ信号のパルス幅に関わらず開ループの周波数特性を一定に保つことができることは、トリガ信号のパルス幅に関わらずフィードバック制御を安定して実施できることを意味する。トリガ信号のパルス幅に関わらずフィードバック制御を安定して実施できることは、レーザ加工を行った場合、被加工面の性状を均一に保つことができることを意味する。その結果、再現性のよいレーザ加工を実現できるレーザ装置を提供することができる。

0063

また、本実施の形態の場合、強度基準値はレーザ光の生成を停止する前に制御値算出部32が制御信号として出力した値に基づいて算出される。これにより、レーザ光の生成の再開時に出力されるレーザ光の強度は停止前のレーザ光の強度に依存することになるので、レーザ光の出力が急激に変化することによる出力の不安定化を防止できる。

0064

また、本実施の形態の場合、エネルギ算出部26は、レーザ光1パルスあたりのエネルギを算出している。これにより、レーザ光1パルスあたりのエネルギに基づいてレーザ光の強度が制御されるので、出力されたレーザ光の強度の変動に対する応答性は高い。

0065

なお、本実施の形態の第1の変形例として、入力値算出ブロックが値を算出することに代え、レーザ光の生成を再開する際に用いる値の保持は、コンピュータ38によって実現されてもよい。この場合、入力値算出ブロックは不要である。

0066

また、本実施の形態の第2の変形例として、入力値算出ブロックが信号を入力することに代え、レーザ光の生成の再開時に、コンピュータ38が適切な制御信号をレーザ生成器20に直接入力してもよい。この場合、入力値算出ブロックは不要である。

0067

また、本実施の形態の第3の変形例として、レーザ生成器20は、レーザ光を連続して出力してもよい。レーザ生成器20がレーザ光を連続して出力するための方法は特に限定されない。例えば、コンピュータ38がトリガ信号を出力することに代え、レーザ生成器20に対する信号のレベルを「HIGH」に保ってもよい。

0068

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図面の簡単な説明

0069

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を表わす図である。
本発明の実施の形態に係るコンピュータの構成を表わす図である。
本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置における、信号のタイミングを表わす図である。
本発明の実施の形態に係る開ループの、トリガ信号のパルス幅が標準幅であった場合の、周波数特性を表わす図である。
本発明の実施の形態に係る開ループの、トリガ信号のパルス幅が標準幅より長い場合の、周波数特性を表わす図である。
本発明の実施の形態に係る開ループの、トリガ信号のパルス幅が標準幅より短い場合の、周波数特性を表わす図である。
一般的なレーザ加工装置の構成を表わす図である。
一般的なレーザ加工装置において、出力値変更法を実施した場合における、信号のタイミングを表わす図である。
一般的なレーザ加工装置において、時期制限法を実施した場合における、信号のタイミングを表わす図である。

符号の説明

0070

20レーザ生成器、22ビームスプリッタ、24センサ、26,42エネルギ算出部、28,44偏差算出部、30 スイッチ、32,46制御値算出部、34 停止演算部、36,52比例要素、38コンピュータ、50遅れ要素、54積分回路、56サンプルホールド回路、62切替制御部、64増幅制御部、66補正制御部、68基準値算出部、70 記憶部、72目標値算出部、500 CPU、501ディスプレイ、502キーボード、503スピーカ、504 ROM、505 RAM、506メモリ駆動装置、507マウス、508 I/O、510バス、600PCカード

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