JP5756626B2

JP5756626B2 - レーザ加工機

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Publication number: JP5756626B2
Application number: JP2010286787A
Authority: JP
Inventors: 泰之古田
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: JP2012130959A

Description

本発明はレーザ加工機に関し、特に、レーザビームが被加工物に照射されるときのタイムラグを短縮し、被加工物の加工品質や加工精度を向上できるレーザ加工機に関するものである。

従来より、パルス出力されるレーザビームを金属板等の被加工物に照射すると共に、加工ヘッドの光軸と直交する方向に被加工物を移動できるように構成されたレーザ加工機が知られている。このレーザ加工機では、入力された加工データに基づいて、直線や曲線を組み合わせた任意の加工線（被加工物の加工される部位）を予め設定しておき、レーザビームを加工線上に照射させながら被加工物を移動させることで、加工線に沿って加工をすることができる。

加工線に沿って被加工物を移動させる速度は、加工線の直線部や曲率の小さな曲線部に比べて、直線や曲線を折り曲げた折曲部や曲率が大きな曲線部では減速される。移動方向が大きく変化するからである。それら折曲部や曲線部で被加工物を移動させる速度が減速されると、発振周波数やパルス幅等のパルスレーザの出力が固定されている場合、折曲部や曲線部でレーザビームによる入熱が過多となり、熱飽和による溶損が生じると共に、熱影響部が大きくなって加工品質が低下することがあった。また、折曲部や曲線部の切断溝幅が広くなり、加工精度が低下することがあった。

そこで、例えば特許文献１に開示されるように、レーザビームに対する被加工物の相対移動速度を検出し、検出された相対移動速度に応じてレーザビームの出力を制御する技術がある。図６を参照して、特許文献１に開示される技術を説明する。図６は特許文献１に開示される従来のレーザ加工機の電気的構成を示すブロック図である。

図６に示すように、レーザ加工機の制御装置１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２及びＲＡＭ１０３を備え、それらがバスライン１０４を介して入出力ポート１０５に接続されている。その制御装置１００により、入出力ポート１０５に接続される加工テーブル移動用モータ１１０が制御される。加工テーブル移動用モータ１１０は、被加工物が固定される加工テーブル（図示せず）を２次元的に移動させる装置であり、加工テーブルをＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動モータ１１０ａと、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸駆動モータ１１０ｂとを備えている。相対移動速度検出装置１１１は、Ｘ軸駆動モータ１１０ａ及びＹ軸駆動モータ１１０ｂにそれぞれ取り付けられており、加工テーブルのＸ軸方向およびＹ軸方向の移動速度、即ちレーザビームの被加工物に対するＸ軸方向およびＹ軸方向の相対移動速度を、Ｘ軸駆動モータ１１０ａ及びＹ軸駆動モータ１１０ｂから出力される信号を変換して検出する装置である。

相対移動速度検出装置１１１の検出信号より、速度ベクトル演算回路１０６は速度ベクトル（相対移動速度）を演算し、その相対移動速度に対する最適レーザ出力および最適デューティファクタが最適値演算回路１０７により演算される。その最適値演算回路１０７からの出力信号に基づいて、レーザ出力制御回路１０８によりレーザ発振器１１２の出力が制御され、デューティファクタ制御回路１０９によりレーザ発振器１１２のデューティファクタが制御される。例えば、相対移動速度が遅くなるにつれ、レーザビームのデューティファクタを小さくすると共にピーク出力を高くし、相対移動速度が速くなるにつれ、レーザビームのデューティファクタを大きくすると共にピーク出力を低くするように制御される。

以上のように特許文献１に開示される技術では、レーザビームの被加工物に対する相対移動速度に基づいて、レーザ発振器１１２の出力とデューティファクタとが制御されるので、相対移動速度が減速されると、それに同期して被加工物の折曲部や曲線部へのレーザビームによる入熱が抑制され、加工品質や加工精度の低下が防止される。

特開昭６２−２４８８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、レーザビームの被加工物に対する相対移動速度の検出および相対移動速度に基づくレーザ発振器の制御が煩雑で時間を要するため、相対移動が開始されてから相対移動速度が検出されレーザビームが被加工物に照射されるまでのタイムラグが長くなるという問題点があった。その結果、レーザビームが実際に被加工物に照射される位置と予め設定された照射位置とのずれが大きくなることがあった。そのずれが大きくなると、相対移動速度が減速しているのに、ピーク出力やデューティファクタは減速前と変わらないままレーザビームが被加工物に照射されるため、被加工物への入熱が過多となることがあった。そのため、被加工物に熱飽和による溶損が生じるおそれや、溶損に至らなくても熱影響部が大きくなり、加工品質や加工精度が低下するという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、レーザビームが被加工物に照射されるときのタイムラグを短縮し、被加工物の加工品質や加工精度を向上できるレーザ加工機を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために、請求項１記載のレーザ加工機によれば、保持装置によりシート状または板状の被加工物の両側が保持され、保持された被加工物に、集光部によりパルスレーザのレーザビームが照射される。加工ヘッドの光軸と直交するＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させることでＸ軸方向およびＹ軸方向に集光部を移動可能に構成されるＸ軸ステージ及びＹ軸ステージと、それらＸ軸ステージ及びＹ軸ステージをＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させるＸ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータとを有する移動装置により、集光部におけるレーザビームの光路が加工ヘッドの光軸と直交する平面内で移動される。Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージにそれぞれ配設される位置情報検出センサにより、Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージのＸ軸およびＹ軸における位置情報が直接検出され、その位置情報から集光部の移動距離が移動距離取得手段により取得される。取得された移動距離が移動距離判断手段により所定距離以上であるか判断され、判断の結果、取得された移動距離が所定距離以上である場合に、照射手段により被加工物の加工線上に、所定のピーク出力およびパルス幅に予め設定されたレーザビームが照射される。

集光部の移動距離を取得し、取得された移動距離が所定距離以上であるかを判断し、移動距離が所定距離以上であると判断される場合にレーザビームを照射する処理は、従来のような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レーザビームの出力を制御して被加工物に照射する処理に比べて簡易であり、処理時間を短縮できる。これにより、レーザビームが被加工物に照射されるときのタイムラグを小さくできる。その結果、レーザビームが実際に被加工物に照射される位置と予め設定された照射位置との間のずれを小さくすることができ、被加工物への入熱が過多となることを防ぎ、被加工物の加工品質や加工精度を向上できる効果がある。
また、位置情報検出センサにより、Ｘ軸ステージおよびＹ軸ステージの位置情報、即ち集光部の位置情報を直接検出できるので、例えばモータ等の駆動装置から出力される信号を変換して位置情報を間接的に検出するものと比較して、位置情報の検出速度を高速化できると共に誤差を小さくできる。
さらに、移動距離判断手段により移動距離が所定距離以上であると判断される場合に、照射手段は、所定のピーク出力およびパルス幅に予め設定されたレーザビームをレーザ発生装置により照射するので、従来のように相対移動速度を検出し、検出された相対移動速度に応じてデューティファクタやピーク出力を変化させてレーザビームを照射する場合と比較して、演算時間を短縮できる。その結果、レーザビームが被加工物に照射されるときのタイムラグをさらに小さくすることができ、簡単な構成で微細加工精度を向上できる効果がある。
また、集光部はリニアモータにより移動されるので、集光部を高速で移動させることができると共に、集光部の位置精度を確保することができる効果がある。

請求項２記載のレーザ加工機によれば、移動距離判断手段により移動距離と比較される所定距離は、集光部により被加工物に集光されるレーザビームのスポット径（レーザビームが被加工物に照射されることによりつくられるスポットの直径）より小さな値に設定されている。これにより、移動装置によりレーザビームの光路を移動させることで、被加工物に照射されるレーザビームを被加工物の加工線上で連ねることができる。その結果、請求項１の効果に加え、加工線に沿って連続してレーザによる切断溝を形成できると共に、パルスレーザによって入熱を抑えることにより熱影響部を小さくすることができ、加工品質を向上できる効果がある。

請求項３記載のレーザ加工機によれば、移動装置が制御される状態にあるときに定期的に実行されるタイマ割込処理の実行中に、移動距離取得手段により移動距離が取得される。タイマ割込処理は優先的に処理されるので、高速の信号を扱うことができる。これにより、請求項１又は２に記載の効果に加え、移動距離の演算時間を短くでき、レーザビームを被加工物に照射するまでの時間を短縮できる効果がある。

本発明の一実施の形態におけるレーザ加工機の模式図である。（ａ）は移動距離ΔＬを示す模式図であり、（ｂ）は被加工物の加工線上の位置とレーザ出力との関係を示す模式図であり、（ｃ）は被加工物の加工線とスポット径との関係を示す模式図である。レーザ加工機の電気的構成を示すブロック図である。メイン処理を示すフローチャートである。タイマ割込処理を示すフローチャートである。従来のレーザ加工機の電気的構成を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態におけるレーザ加工機１について説明する。図１はレーザ加工機１の模式図である。図１に示すようにレーザ加工機１は、パルスレーザを発生するレーザ発生装置１０と、そのレーザ発生装置１０により発生されるパルスレーザを被加工物Ｗに照射する加工ヘッド２０と、その加工ヘッド２０から照射されるパルスレーザで加工される被加工物Ｗを保持する保持装置３０とを主に備えて構成されている。レーザ加工が施される被加工物Ｗは、金属製や合成樹脂製等でシート状や板状等に形成されたものが用いられる。

レーザ発生装置１０は、レーザ光を発振するレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１で発生したレーザ光を加工ヘッド２０へ伝送する伝送部１２とを主に備えて構成されている。本実施の形態においては、伝送部１２が光ファイバにより構成されている。

加工ヘッド２０は、伝送部１２により上方からレーザ光が導入され、導入されたレーザ光を集光して被加工物Ｗに照射することにより被加工物Ｗを切断する装置である。加工ヘッド２０は、集光レンズや放物面鏡等（図示せず）が配設されレーザ光を集光する集光部２１と、ガス発生装置（図示せず）から供給される酸素や窒素などからなるアシストガスを加工ヘッド２０内へ導入するアシストガス導入孔（図示せず）と、集光部２１と同軸に設けられ小径側を被加工物Ｗに向けて配設される円錐筒状のノズル（図示せず）とを主に備えている。集光部２１により集光されたレーザビームＢを被加工物Ｗに照射すると共に、レーザビームＢが被加工物Ｗに照射されてつくられるスポットＰにノズル（図示せず）からアシストガスの高速ガス流を噴出させることで、レーザビームＢの入熱によって溶融した被加工物Ｗが高速ガス流によって吹き飛ばされる。これにより、レーザビームＢのスポットＰの直径（スポット径）とほぼ同じ微小な幅で被加工物Ｗを切断できる。

集光部２１は、加工ヘッド２０の光軸と直交する面内に配設されたＸ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３に固定されている。Ｘ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３は、光路移動装置２４（図３参照）によりそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成されている。本実施の形態では、光路移動装置２４は、Ｘ軸ステージ２２をＸ軸方向に移動させるＸ軸リニアモータ２４ａと、Ｙ軸ステージ２３をＹ軸方向に移動させるＹ軸リニアモータ２４ｂとを備えている。光路移動装置２４を駆動させることにより、加工ヘッド２０の光軸と直交する平面内で集光部２１を移動させることができ、それに伴い、集光部２１におけるレーザビームＢの光路が加工ヘッド２０の光軸と直交する平面内で移動される。その結果、レーザビームＢが集光されるスポットＰを被加工物Ｗの面内で２次元的に移動させることができる。また、光路移動装置２４がリニアモータにより構成されることで、高速で移動させることができると共に、高い位置精度を確保することが可能である。

Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂは、Ｘ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３の位置情報を検出する位置情報検出センサである。Ｘ軸エンコーダ２５ａはＸ軸ステージ２２の位置を検出するセンサであり、Ｙ軸エンコーダ２５ｂはＹ軸ステージ２３の位置を検出するセンサである。本実施の形態では、Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂは、Ｘ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３に取り付けられて直線軸の位置を直接検出するリニアエンコーダで構成されている。これにより、例えばモータ等の駆動装置から出力される信号を変換して位置情報を間接的に検出するものと比較して、位置情報の検出速度を高速化できると共に、誤差要因を排除できるため誤差を小さくでき位置情報の検出精度を高めることができる。

保持装置３０は、被加工物Ｗの両側を挟持し、レーザビームＢの光軸と直交させて被加工物Ｗを保持する装置である。本実施の形態では、保持装置３０は、移動装置としてのＸＹステージ（図示せず）の上に設けられている。ＸＹステージは、ＸＹステージ移動装置３１（図３参照）によりレーザビームＢの光軸に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成される。これにより、保持装置３０に保持される被加工物Ｗは、レーザビームＢの光軸に直交する面内で２次元的に移動可能にされる。また、ＸＹステージのＸ軸およびＹ軸における位置情報は、リニアエンコーダ等を備える位置情報検出装置（図示せず）により検出される。

次に図２を参照して、ＸＹステージ移動装置３１（図３参照）や光路移動装置２４によるスポットＰの移動距離ΔＬの算出方法と、被加工物Ｗの加工線Ｓに照射されるスポットＰとについて説明する。まず、図２（ａ）を参照して移動距離ΔＬの算出方法について説明する。図２（ａ）は移動距離ΔＬを示す模式図である。ここでは、光路移動装置２４によるＸ軸ステージ２４ａ及びＹ軸ステージ２４ｂの移動距離ΔＬの算出方法について説明する。説明を簡略化するため、ＸＹステージ移動装置３１による移動距離ΔＬの算出方法の説明は省略するが、算出方法は同様である。

集光部２１（図１参照）で集光されたレーザビームＢのスポットＰが、被加工物Ｗの加工線Ｓ上の任意の位置ａ_０，ａ_１，ａ_２を移動するものとする。被加工物Ｗの平面内の位置は座標で表すことができ、スポットＰが被加工物Ｗの位置ａ_０，ａ_１，ａ_２に照射されるときの集光部２１の位置情報（座標）は、Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂにより検出される。Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂにより検出される位置ａ_０の位置情報（座標）を（ｘ_０，ｙ_０）、位置ａ_１の座標を（ｘ_１，ｙ_１），位置ａ_２の座標を（ｘ_２，ｙ_２）とする。この場合、スポットＰが被加工物Ｗの位置ａ_１から位置ａ_２に移動したときの移動距離ΔＬ、スポットが被加工物の位置ａ_１から位置ａ_２に移動したときの移動距離ΔＬは、以下の式（１）により算出される。

次に、図２（ｂ）を参照して被加工物Ｗの加工線Ｓ上の位置とレーザ出力との関係について説明する。図２（ｂ）は被加工物Ｗの加工線Ｓ上の位置とレーザ出力との関係を示す模式図であり、横軸は被加工物Ｗの加工線Ｓ上の位置を示し、縦軸はレーザ強度（ピーク出力）を示す。図２（ａ）で説明したように、集光部２１（図１参照）で集光されたレーザビームＢのスポットＰが、被加工物Ｗの加工線Ｓ上の任意の位置ａ_０，ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，ａ_５を順に移動するものとする。従って、図２（ｂ）の横軸（位置）は時間的要素を含んでいる。また、本実施の形態ではａ_０（ｘ_０，ｙ_０）は加工線Ｓの始点である。

ここで、スポットＰが被加工物Ｗの位置ａ_０から位置ａ_１に移動したときの移動距離（ａ_０とａ_１との間隔）、位置ａ_１から位置ａ_２に移動したときの移動距離（ａ_１とａ_２との間隔）、位置ａ_２から位置ａ_３に移動したときの移動距離（ａ_２とａ_３との間隔）、位置ａ_３から位置ａ_４に移動したときの移動距離（ａ_３とａ_４との間隔）、位置ａ_４から位置ａ_５に移動したときの移動距離（ａ_４とａ_５との間隔）が、予め設定された所定距離（閾値）以上であると判断されるたびに、レーザ発振器１１（図１参照）の励起源（図示せず）がパルス制御され、図２（ｂ）に示すようにパルスレーザが１回出力される。

位置ａ_０，ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，ａ_５においてそれぞれパルス出力されるレーザビームＢ（図１参照）は、図２（ｂ）に示すように、パルス幅およびレーザ強度（ピーク出力）が予め設定された一定値である。従って、従来のように相対移動速度を検出し、検出された相対移動速度に応じてデューティファクタやピーク出力を変化させてレーザビームを照射する場合と比較して、演算時間を短縮できる。その結果、レーザビームＢのスポットＰが被加工物Ｗに照射されるときのタイムラグを小さくすることができ、簡単な構成で微細加工精度を向上できる。

次に、図２（ｃ）を参照して、被加工物Ｗの加工線ＳとスポットＰの直径（スポット径ｄ）との関係を説明する。図２（ｃ）は被加工物Ｗの加工線Ｓとスポット径ｄとの関係を示す模式図であり、加工線Ｓに沿って移動するスポットＰが被加工物Ｗと共に平面視されている。

図２（ｃ）に示すように、位置ａ_０から位置ａ_１の移動距離ΔＬ（ａ_０とａ_１との間隔）、位置ａ_１から位置ａ_２の移動距離ΔＬ（ａ_１とａ_２との間隔）、位置ａ_２から位置ａ_３の移動距離ΔＬ（ａ_２とａ_３との間隔）、位置ａ_３から位置ａ_４の移動距離ΔＬ（ａ_３とａ_４との間隔）、位置ａ_４から位置ａ_５の移動距離ΔＬ（ａ_４とａ_５との間隔）は、いずれもスポット径ｄより小さな値とされている。また、本実施の形態では、各移動距離ΔＬはスポット径ｄの１／２より大きな値とされている。これは、レーザ発振器１１（図１参照）の励起源（図示せず）が制御されレーザ光が発生される条件となる所定距離（閾値）が、スポット径ｄの１／２より大きく且つスポット径ｄより小さい値に設定されることによって実現される。

これにより、被加工物Ｗに照射されるレーザビームＢのスポットＰを被加工物Ｗの加工線Ｓ上で連ねることができる。その結果、加工線Ｓに沿って連続してレーザによる切断溝を形成できると共に、パルスレーザによって被加工物Ｗへの入熱を抑えることにより熱影響部を小さくすることができ、加工品質を向上できる。また、加工線Ｓの始点ａ_０の近傍に、スポットＰによる切断溝のエッジを位置させることができる。

次に、図３を参照して、レーザ加工機１の電気的構成について説明する。図３はレーザ加工機１の電気的構成を示すブロック図である。レーザ加工機１は加工システム全体を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、図３に示すように、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２及びＲＡＭ４３を備え、それらがバスライン４４を介して入出力ポート４５に接続されている。また、入出力ポート４５には光路移動装置２４等の装置が接続されている。

ＣＰＵ４１は、バスライン４４により接続された各部を制御する演算装置であり、ＲＯＭ４２はＣＰＵ４１により実行される制御プログラム（例えば、図４及び図５に図示されるフローチャートのプログラム）や固定値データ等を記憶する書き換え不能な不揮発性のメモリである。ＲＡＭ４３は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリであり、図３に示すように、加工データメモリ４３ａが設けられている。

加工データメモリ４３ａは、入力された加工データが記憶されるメモリである。加工データは、加工開始座標、加工終了座標ならびにその間の加工曲線データ及び加工パターンデータ等の各種データである。ＣＰＵ４１は加工データメモリ４３ａに記憶される加工データを参照して、被加工物Ｗに加工線Ｓ（被加工物の加工される部位）を指定する。

光路移動装置２４は、上述したように、伝送部１２（図１参照）から加工ヘッド２０に導入されたレーザビームＢの集光部２１における光路を、加工ヘッド２０の光軸と直交する平面内で２次元的に移動させる装置であり、集光部２１が連結されたＸ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸ軸リニアモータ２４ａ及びＹ軸リニアモータ２４ｂを備えている。

ＸＹステージ移動装置３１は、被加工物Ｗを保持する保持装置３０（図１参照）が載置されたＸＹステージ（図示せず）をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる装置である。本実施の形態では、光路移動装置２４及びＸＹステージ移動装置３１により、集光部２１から被加工物Ｗに照射されるレーザビームＢのスポットＰを、移動可能な範囲内で、保持装置３０に保持される被加工物Ｗの任意の位置に移動させることができる。

Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂは、Ｘ軸ステージ２２（図１参照）及びＹ軸ステージ２３の位置情報を検出する位置情報検出センサであり、本実施の形態では、Ｘ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３に取り付けられて直線軸の位置を直接検出しパルスを出力するリニアエンコーダで構成されている。

カウンタ２６は、Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂの出力パルスを計数することでＸ軸ステージ２２（図１参照）及びＹ軸ステージ２３の位置を検出する検出回路（図示せず）と、その検出結果を処理してＣＰＵ４１に出力する出力回路（図示せず）とを備えている。カウンタ２６の出力は集光部２１（図１参照）の絶対位置を示す。換言すれば、集光部２１から照射されるレーザビームＢのスポットＰの被加工物Ｗにおける絶対位置の座標ｘ，ｙを示す。

ＣＰＵ４１は、カウンタ２６から入力される座標ｘ，ｙと、加工データメモリ４３ａに記憶される加工データとを照合して、指定された加工線Ｓに沿ってレーザビームＢ（図１参照）のスポットＰが移動するようにＸ軸リニアモータ２４ａ、Ｙ軸リニアモータ２４ｂ及びＸＹステージ移動装置３１を駆動する。また、ＣＰＵ４１は、加工線Ｓの上にレーザビームＢ（図１参照）のスポットＰが位置すると判断される場合には、パルス発生装置４６（後述する）にレーザ出力要求を出力する。

パルス発生装置４６は、カウンタ２６から入力される座標ｘ，ｙを取得し、取得した座標ｘ，ｙからスポットＰの移動距離ΔＬを算出すると共に、算出された移動距離ΔＬが所定距離（閾値）以上であるかを判断する演算回路を備えている。移動距離ΔＬは、式（２）に示す演算式で逐次算出される。但し、式（２）中のｘ_０，ｙ_０は、直前にレーザパルスを出力した座標のｘ成分およびｙ成分である。

また、パルス発生装置４６は、算出された移動距離ΔＬが所定距離（閾値）以上であって、ＣＰＵ４１からレーザ出力要求が入力された場合には、パルス信号を発生する演算回路を備えている。このパルス信号は、レーザ発振器１１に励起電流パルスを出力するドライバ（図示せず）に出力され、レーザ発振器１１は、印加される励起電流パルスに応じてパルスレーザを出力する。

図３に示す他の入出力装置５０としては、加工データメモリ４３ａに加工データを記憶させるために加工データを入力する入力装置、入力される加工データに基づいて作成される加工線ＳやスポットＰの位置等を可視化（画像化）して出力するモニタ等などが例示される。

次いで、図４を参照して、制御装置４０におけるメイン処理について説明する。図４はメイン処理を示すフローチャートである。この処理は、レーザ加工機１の電源が投入されている間、ＣＰＵ４１によって実行される処理であり、加工線Ｓに沿ってレーザビームＢのスポットＰを移動させる処理である。

ＣＰＵ４１はメイン処理に関し、まず、初期設定を行う（Ｓ１）。初期設定は、レーザ発振器１１から出力されるレーザ光のレーザ強度、タイマ割込処理（後述する）が実行される周期（以下「タイマ割込周期」と称す）等を設定する処理である。なお、タイマ割込周期は、Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂの出力の最短周期よりも短い周期に設定される。Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂの信号処理を円滑に行うためである。

次にＣＰＵ４１は、光路移動装置２４又はＸＹステージ移動装置３１の少なくとも一方を制御して、加工データメモリ４３ａに記憶された加工データに基づいて作成される加工線Ｓに沿ってレーザビームＢのスポットＰを移動させる（Ｓ２）。次いで、ＣＰＵ４１は、光路移動装置２４及びＸＹステージ移動装置３１を制御中か否かを判断する（Ｓ３）。その結果、光路移動装置２４及びＸＹステージ移動装置３１を制御中であると判断される場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、Ｓ２の処理に戻り、光路移動装置２４及びＸＹステージ移動装置３１を制御中でないと判断される場合には（Ｓ３：Ｎｏ）、このメイン処理を終了する。

次いで、図５を参照して、タイマ割込処理について説明する。図５はタイマ割込処理を示すフローチャートである。この処理は、メイン処理（図４参照）が実行されている間、所定の周期に設定されたタイマ割込によって起動され、ＣＰＵ４１によって繰り返し実行される処理であり、加工線Ｓに沿って被加工物Ｗにパルスレーザを照射し被加工物Ｗにレーザ加工を行う処理である。

タイマ割込処理に関し、ＣＰＵ４１及びパルス発生装置４６は、カウンタ２６から入力される座標ｘ，ｙを取得する（Ｓ１１）。ＣＰＵ４１は、取得した座標ｘ，ｙが加工線Ｓ上にあるか否かを判断し、座標ｘ，ｙが加工線Ｓ上にある場合には、パルス発生装置４６にレーザ出力要求を出力する。パルス発生装置４６は、レーザ出力要求が開始されたか否かを判断し（Ｓ１２）、レーザ出力要求が開始されたと判断される場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ドライバ（図示せず）にパルス信号を出力し、レーザ発振器１１を励起させてパルスレーザを出力する（Ｓ１３）。次いで、取得したｘ、ｙを、上述の式（２）のｘ_０，ｙ_０にコピーして（Ｓ１４）、このタイマ割込処理を終了する。

一方、Ｓ１２の処理において、レーザ出力要求が開始されていないと判断される場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、次にレーザ出力要求が継続されているかを判断する（Ｓ１５）。その結果、レーザ出力要求が継続されていると判断される場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、パルス発生装置４６は、上述の式（２）に従って移動距離ΔＬを算出する（Ｓ１６）。パルス発生装置４６は、移動距離ΔＬが、予め記憶された所定距離（閾値）以上であるか否かを判断し（Ｓ１７）、移動距離ΔＬが所定距離以上であると判断される場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、ドライバ（図示せず）にパルス信号を出力し、レーザ発振器１１を励起させてパルスレーザを出力する（Ｓ１３）。次いで、取得したｘ、ｙを、上述の式（２）のｘ_０，ｙ_０にコピーして（Ｓ１４）、このタイマ割込処理を終了する。

一方、Ｓ１７の処理の結果、移動距離ΔＬが所定距離未満であると判断される場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、Ｓ１３及びＳ１４の処理をスキップして、このタイマ割込処理を終了する。また、Ｓ１５の処理の結果、レーザ出力要求が継続されていないと判断される場合にも（Ｓ１５：Ｎｏ）、Ｓ１６及びＳ１７の処理をスキップして、このタイマ割込処理を終了する。

以上説明したように本発明の一実施の形態によれば、移動距離ΔＬが所定距離以上であると判断されるたびにレーザビームＢを1回照射する処理が行われる。この処理は、レーザビームＢの被加工物Ｗに対する相対移動速度を検出しレーザビームＢの出力を制御して被加工物Ｗに照射する処理に比べて簡易であるので、処理時間を短縮できる。これにより、レーザビームＢのスポットＰが被加工物Ｗに照射されるときのタイムラグを小さくできる。その結果、レーザビームＢのスポットＰが実際に被加工物Ｗに照射される位置と予め設定された照射位置との間のずれを小さくすることができ、被加工物Ｗへの入熱が過多となることを防ぎ、被加工物Ｗの加工品質や加工精度を向上できる。

また、移動距離ΔＬが所定距離以上であると判断されるたびに、図２（ｂ）に示すように所定のピーク出力およびパルス幅に予め設定されたレーザビームＢを１回照射するので、従来のように相対移動速度を検出し、検出された相対移動速度に応じてデューティファクタやピーク出力を変化させてレーザビームを照射する場合と比較して、演算時間を短縮できる。その結果、レーザビームＢのスポットＰが被加工物Ｗに照射されるときのタイムラグをさらに小さくすることができ、簡単な構成で微細加工精度を向上できる。

また、メイン処理（図４参照）において、移動装置（光路移動装置２４及びＸＹステージ移動装置３１）が制御される状態にあるときにタイマ割込処理（図５参照）が定期的に実行され、そのタイマ割込処理の実行中に移動距離ΔＬが取得される。タイマ割込処理は優先的に処理されるので、高速の信号を扱うことができる。これにより、移動距離ΔＬの演算時間を短くでき、レーザビームＢを被加工物Ｗに照射するまでの時間を短縮できる。

さらに、タイマ割込処理（図５参照）において、レーザビームＢのスポットＰが被加工物Ｗの加工線Ｓ上に位置するときに（レーザ出力要求があるときに）、パルスレーザが出力され（Ｓ１３）、座標ｘ，ｙが座標ｘ_０，ｙ_０にコピーされる。即ち、直前にパルスレーザが出力された座標を基準に、移動距離ΔＬが算出される。これにより、移動距離ΔＬを被加工物Ｗの加工領域の全範囲で取得する場合と比較して、装置構成を簡素化できる。さらに、直前にパルスレーザが出力された座標を基準に移動距離ΔＬを取得することで、移動距離ΔＬの演算時間を短くできる。これにより、レーザビームＢのスポットＰが被加工物Ｗの加工線Ｓ上に位置すると判断されてからレーザビームＢを被加工物Ｗに照射するまでの時間を短縮できる。

なお、図５に示すフローチャート（タイマ割込処理）において、請求項１記載の移動距離取得手段としてはＳ１１，Ｓ１６の処理が、移動距離判断手段としてはＳ１７の処理が、照射手段としてはＳ１３の処理がそれぞれ該当する。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記実施の形態では、集光部２１（図１参照）にレーザ光を導入する伝送部１２が光ファイバで構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、レーザの種類等に応じて、伝送部１２を反射ミラーで構成することも当然可能である。

上記実施の形態では、レーザ加工機１が、集光部２１を移動させる移動装置（光路移動装置２４）と、保持装置３０を移動させる移動装置（ＸＹステージ移動装置３１）とを両方とも備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、いずれか一方の移動装置を備えるレーザ加工機１とすることも当然可能である。

上記実施の形態では、光路移動装置２４がリニアモータで構成され集光部２１を移動させる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の装置により構成することは可能である。他の装置としては、例えば、ピエゾアクチュエータ（ピエゾスキャナ）を挙げることができる。また、集光部２１を移動させることなく固定し、ガルバノミラー（ガルバノスキャナ）等の反射ミラーで光路を移動させてスポットＰを移動させる方式とすることも当然可能である。また、モータで回転されるボールネジ及びナットにより集光部２１を移動させる構成とすることも可能である。

上記実施の形態では、パルスレーザを得るためにレーザ発振器１１の励起源（図示せず）をパルス制御する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の手段によりパルスレーザを得ることも当然可能である。他の手段としては、例えば、レーザ発振器１１のレーザ光の出力をメカニカルシャッタでオン／オフする手段、レーザ発振器１１による連続出力をスイッチングしてパルス波形を得る手段等が挙げられる。

上記実施の形態では、Ｘ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３の位置情報を検出する位置情報検出センサ（Ｘ軸エンコーダ２５ａ及びＹ軸エンコーダ２５ｂ）がリニアエンコーダで構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものでなはなく、ロータリエンコーダ等を用いることも当然可能である。
＜その他＞
＜手段＞
技術的思想１のレーザ加工機は、パルスレーザを発生するレーザ発生装置と、そのレーザ発生装置により発生されるパルスレーザが照射される被加工物を保持する保持装置と、その保持装置に保持される被加工物の加工線上にパルスレーザのレーザビームを集光する集光部を有する加工ヘッドと、を備えるレーザ加工機において、前記集光部により被加工物に照射されるレーザビームのスポットを前記被加工物の加工線上に位置させつつ、前記集光部におけるレーザビームの光路または前記保持装置の少なくとも一方を前記加工ヘッドの光軸と直交する平面内で移動させる移動装置と、その移動装置による前記集光部におけるレーザビームの光路または前記保持装置の少なくとも一方の移動距離を取得する移動距離取得手段と、その移動距離取得手段により取得される移動距離が所定距離以上であるかを判断する移動距離判断手段と、その移動距離判断手段により前記移動距離が所定距離以上であると判断される場合に、前記レーザ発生装置により前記被加工物の加工線上に前記レーザビームを照射する照射手段とを備えていることを特徴とする。
技術的思想２のレーザ加工機は、技術的思想１記載のレーザ加工機において、前記移動距離判断手段により移動距離と比較される所定距離は、前記集光部により被加工物に集光されるレーザビームのスポット径より小さな値に設定されていることを特徴とする。
技術的思想３のレーザ加工機は、技術的思想１又は２に記載のレーザ加工機において、前記移動装置は、前記加工ヘッドの光軸と直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に前記集光部を移動可能に構成されるＸ軸ステージ及びＹ軸ステージを備えて構成され、それらＸ軸ステージ及びＹ軸ステージにそれぞれ配設され前記Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージのＸ軸およびＹ軸における位置情報を直接検出する位置情報検出センサを備え、前記移動距離取得手段は、前記位置情報検出センサにより検出される位置情報に基づいて前記集光部の移動距離を取得し、前記照射手段は、所定のピーク出力およびパルス幅に予め設定されたレーザビームを前記レーザ発生装置により照射することを特徴とする。
技術的思想４のレーザ加工機は、技術的思想１から３のいずれかに記載のレーザ加工機において、前記移動距離取得手段は、前記移動装置が制御される状態にあるときに定期的に実行されるタイマ割込処理の実行中に、前記移動距離を取得することを特徴とする。
＜効果＞
技術的思想１記載のレーザ加工機によれば、保持装置により被加工物が保持され、保持された被加工物に、集光部によりパルスレーザのレーザビームが照射される。集光部におけるレーザビームの光路または保持装置の少なくとも一方が移動装置により加工ヘッドの光軸と直交する平面内で移動され、移動装置により移動された集光部におけるレーザビームの光路または保持装置の少なくとも一方の移動距離が移動距離取得手段により取得される。取得された移動距離が移動距離判断手段により所定距離以上であるか判断され、判断の結果、取得された移動距離が所定距離以上である場合に、照射手段により被加工物の加工線上にレーザビームが照射される。
集光部におけるレーザビームの光路または保持装置の移動距離を取得し、取得された移動距離が所定距離以上であるかを判断し、移動距離が所定距離以上であると判断される場合にレーザビームを照射する処理は、従来のような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レーザビームの出力を制御して被加工物に照射する処理に比べて簡易であり、処理時間を短縮できる。これにより、レーザビームが被加工物に照射されるときのタイムラグを小さくできる。その結果、レーザビームが実際に被加工物に照射される位置と予め設定された照射位置との間のずれを小さくすることができ、被加工物への入熱が過多となることを防ぎ、被加工物の加工品質や加工精度を向上できる効果がある。
技術的思想２記載のレーザ加工機によれば、移動距離判断手段により移動距離と比較される所定距離は、集光部により被加工物に集光されるレーザビームのスポット径（レーザビームが被加工物に照射されることによりつくられるスポットの直径）より小さな値に設定されている。これにより、移動装置によりレーザビームの光路または保持装置を移動させることで、被加工物に照射されるレーザビームを被加工物の加工線上で連ねることができる。その結果、技術的思想１の効果に加え、加工線に沿って連続してレーザによる切断溝を形成できると共に、パルスレーザによって入熱を抑えることにより熱影響部を小さくすることができ、加工品質を向上できる効果がある。
技術的思想３記載のレーザ加工機によれば、移動装置は、加工ヘッドの光軸と直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に集光部を移動可能に構成されるＸ軸ステージ及びＹ軸ステージを備えて構成され、レーザ加工機は、それらＸ軸ステージ及びＹ軸ステージにそれぞれ配設されＸ軸ステージ及びＹ軸ステージのＸ軸およびＹ軸における位置情報を直接検出する位置情報検出センサを備えている。位置情報検出センサにより、Ｘ軸ステージおよびＹ軸ステージの位置情報、即ち集光部の位置情報を直接検出できる。従って、例えばモータ等の駆動装置から出力される信号を変換して位置情報を間接的に検出するものと比較して、位置情報の検出速度を高速化できると共に誤差を小さくできる。
さらに、移動距離判断手段により移動距離が所定距離以上であると判断される場合に、照射手段は、所定のピーク出力およびパルス幅に予め設定されたレーザビームをレーザ発生装置により照射するので、従来のように相対移動速度を検出し、検出された相対移動速度に応じてデューティファクタやピーク出力を変化させてレーザビームを照射する場合と比較して、演算時間を短縮できる。その結果、技術的思想１又は２の効果に加え、レーザビームが被加工物に照射されるときのタイムラグをさらに小さくすることができ、簡単な構成で微細加工精度を向上できる効果がある。
技術的思想４記載のレーザ加工機によれば、移動装置が制御される状態にあるときに定期的に実行されるタイマ割込処理の実行中に、移動距離取得手段により移動距離が取得される。タイマ割込処理は優先的に処理されるので、高速の信号を扱うことができる。これにより、技術的思想１から３のいずれかに記載の効果に加え、移動距離の演算時間を短くでき、レーザビームを被加工物に照射するまでの時間を短縮できる効果がある。

１レーザ加工機
１１レーザ発振器（レーザ発生装置の一部）
１２伝送部（レーザ発生装置の一部）
２０加工ヘッド
２１集光部
２２Ｘ軸ステージ
２３Ｙ軸ステージ
２４光路移動装置（移動装置）
２４ａＸ軸リニアモータ
２４ｂＹ軸リニアモータ
２５ａＸ軸エンコーダ（位置情報検出センサ）
２５ｂＹ軸エンコーダ（位置情報検出センサ）
３０保持装置
３１ＸＹステージ移動装置（移動装置）
Ｂレーザビーム
ｄスポット径
Ｐスポット
Ｓ加工線
Ｗ被加工物

Claims

パルスレーザを発生するレーザ発生装置と、そのレーザ発生装置により発生されるパルスレーザが照射されるシート状または板状の被加工物の両側を保持する保持装置と、その保持装置に保持される被加工物の加工線上にパルスレーザのレーザビームを集光する集光部を有する加工ヘッドと、を備えるレーザ加工機において、
前記加工ヘッドの光軸と直交するＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させることでＸ軸方向およびＹ軸方向に前記集光部を移動可能に構成されるＸ軸ステージ及びＹ軸ステージと、それらＸ軸ステージ及びＹ軸ステージをＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させるＸ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータとを有し、前記集光部により被加工物に照射されるレーザビームのスポットを前記被加工物の加工線上に位置させつつ、前記集光部におけるレーザビームの光路を前記加工ヘッドの光軸と直交する平面内で移動させる移動装置と、
前記Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージにそれぞれ配設され、前記Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージのＸ軸およびＹ軸における位置情報を直接検出する位置情報検出センサと、
その位置情報検出センサにより検出される位置情報に基づいて前記集光部の移動距離を取得する移動距離取得手段と、
その移動距離取得手段により取得される移動距離が所定距離以上であるかを判断する移動距離判断手段と、
その移動距離判断手段により前記移動距離が所定距離以上であると判断される場合に、前記レーザ発生装置により前記被加工物の加工線上に、所定のピーク出力およびパルス幅に予め設定された前記レーザビームを照射する照射手段とを備えていることを特徴とするレーザ加工機。
前記移動距離判断手段により移動距離と比較される所定距離は、前記集光部により被加工物に集光されるレーザビームのスポット径より小さな値に設定されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機。
前記移動距離取得手段は、前記移動装置が制御される状態にあるときに定期的に実行されるタイマ割込処理の実行中に、前記移動距離を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機。