JP6898551B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係るレーザ加工装置10の構成を示す概略図である。
まず、レーザ加工装置10に予め登録された複数の加工形状の中から1つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部30は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。なお、ユーザによる選択に代えて、レーザ加工装置10が予め定められたデフォルト形状を目標加工形状として自動的に設定してもよい。なお、レーザ加工装置10には、図15に一例を示すように、複数の加工形状(K1〜K3)と、各加工形状にそれぞれ対応する複数のレーザ光分布(PT1〜PT9)と、各レーザ光分布の使用比率と、各レーザ光分布にそれぞれ対応する、高速偏向手段68の偏向パターン(C1〜C9)との対応関係を示す参照テーブル(ルックアップテーブル)がメモリ(不図示)に記憶されている。また、同一の加工形状に対応する複数のレーザ光分布(例えば、レーザ光分布PT1、PT2)は、高速偏向手段68の偏向パターン(偏向角度及び偏向方向)を変化させることによって実現可能なものとする。
次に、制御部30は、目標加工形状設定工程(ステップS10)で設定された目標加工形状に対応したレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件(例えば、偏向部36のミラー角度など)を設定する。なお、レーザ加工装置10は、各加工形状に対応した装置各部の加工条件を内部値としてメモリ(不図示)に予め記憶しているものとする。
次に、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する。この際、レーザ光分布観察装置26がレーザ光分布の観察位置(加工ヘッド40に対向する位置)にない場合には、図示しない観察装置駆動機構により観察位置に移動する。また、レーザ光分布を観察する際、加工ヘッド40からレーザ光分布観察装置26に向かって照射されるレーザ光Lの強度が、レーザ光分布観察装置26の観察可能範囲を超えている場合、ビーム形状整形手段38によりレーザ光Lの強度を低くするように調整する。レーザ光分布観察装置26によって観察された液体ジェットJ内のレーザ光分布を示すレーザ光分布データは、制御部30に対して出力される。なお、レーザ光分布観察装置26による液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察は、目標加工形状に対応する全てのレーザ光分布についてそれぞれ行われる。
次に、制御部30は、予想加工形状算出手段として機能し、レーザ光分布取得工程(ステップS14)で観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工を施した場合の予想加工形状を算出する。具体的には、レーザ光分布観察装置26によって観察された各レーザ光分布を示すレーザ光分布データを、それぞれ、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データへと変換する。そして、各レーザ光分布の射影データのそれぞれに対し、各レーザ光分布の使用比率(図15参照)を掛けたデータを足し合わせることで、予想加工形状を算出する。なお、制御部30により算出された予想加工形状はモニタ64に表示される。これにより、ユーザは、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。
なお、lnは自然対数を示し、C1及びC2は定数を示している。
次に、制御部30は、予想加工形状算出工程(ステップS16)で算出した予想加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合には次のステップS20に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップS26に進む。
次に、テスト加工用ワークを用いて、判定工程(ステップS18)において両者の形状の差異を示す誤差が許容誤差囲内であると判定されたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。
次に、加工形状測定手段72によって、テスト加工用ワークに形成された加工溝の加工形状を測定する。この際、加工形状測定手段72の測定位置(加工形状測定手段72に対向する位置)にテスト加工用ワークがない場合には、テスト加工用ワークを保持するワークテーブル16を測定位置に移動する。加工形状測定手段72によって測定された加工形状を示す加工形状データ(3次元形状データ)は、制御部30に対して出力される。
次に、制御部30は、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合にはステップS28に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップS26に進む。
判定工程(ステップS18)において、予想加工形状算出工程(ステップS16)で算出された予想加工形状と目標加工形状との差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合、又は、加工形状比較工程(ステップS24)において、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部30は、レーザ光分布調整手段として機能し、その誤差が小さくなるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整する。その後、ステップS12に戻り、調整後のレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件を設定(変更)して、同様の処理を繰り返し行う。なお、レーザ光分布調整工程では、目標加工形状に対応するレーザ光分布が複数存在する場合には、各レーザ光分布の使用比率を変更することも含むものとする。
加工形状比較工程(ステップS24)において、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内であると判断された場合には、制御部30は、それまでに調整された加工条件で本加工工程を実施する。なお、本加工工程が行われる場合には、レーザ光分布観察装置26は退避位置に移動する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。以下、第1の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
Claims (10)
- レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、
前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察手段と、
前記レーザ光分布観察手段が観察した前記レーザ光分布に基づいて、前記加工ヘッドにより前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段と、
前記レーザ発振器から前記加工ヘッドに向かう途中で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向手段と、
前記移動手段により前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記加工ヘッドから前記被加工物に前記レーザ光を照射する際に、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、前記レーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段と、
を備え、
前記予想加工形状算出手段は、前記レーザ光分布観察手段が観察した前記レーザ光の前記複数の分布に基づき、前記高速偏向制御手段により前記レーザ光分布を前記複数の分布に切り替えながら前記加工ヘッドにより前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する、
を備えるレーザ加工装置。 - 前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段を備え、
前記高速偏向手段は、前記低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う、
請求項1に記載のレーザ加工装置。 - 前記高速偏向手段は音響光学偏向素子である、
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。 - 前記高速偏向制御手段は、前記レーザ光分布における前記レーザ光のピーク位置が前記加工ヘッドと前記被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させる、
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 前記予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記レーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段を備える、
請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 前記加工ヘッドによって形成された加工形状を測定する加工形状測定手段を備え、
前記レーザ光分布調整手段は、前記加工形状測定手段が測定した前記加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記レーザ光分布を調整する、
請求項5に記載のレーザ加工装置。 - 液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、
前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、
前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察工程と、
前記レーザ光分布観察工程で観察した前記レーザ光分布に基づいて、前記レーザ光により前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出工程と、
前記レーザ光を高速偏向する高速偏向工程と、
前記移動工程により前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記レーザ光照射工程により前記被加工物に前記レーザ光を照射する際に、前記高速偏向工程において前記レーザ光を高速偏向する際の偏向条件を変化させることにより、前記レーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御工程と、
を備え、
前記予想加工形状算出工程は、前記レーザ光分布観察工程で観察した前記レーザ光の前記複数の分布に基づき、前記高速偏向制御工程により前記レーザ光分布を前記複数の分布に切り替えながら前記レーザ光照射工程により前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する、
を備えるレーザ加工方法。 - 前記レーザ光を前記液体ジェットに向けて偏向する低速偏向工程を備え、
前記高速偏向工程は、前記低速偏向工程よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う、
請求項7に記載のレーザ加工方法。 - 前記高速偏向工程は音響光学偏向素子を用いて前記レーザ光の高速偏向を行う、
請求項7又は8に記載のレーザ加工方法。 - 前記高速偏向制御工程は、前記レーザ光分布における前記レーザ光のピーク位置が前記液体ジェットと前記被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、前記高速偏向工程における前記偏向条件を変化させる、
請求項7から9のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。
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