JP7150141B2 - レーザ加工システム及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、強化繊維と樹脂とを含む複合材料についてのレーザ加工システム及びレーザ加工方法に関する。

強化繊維と樹脂とを含む複合材料を切断加工する方法として、複合材料に対して切断面に沿ってレーザビームをスキャンする方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１６－１０７５７４号公報

特許文献１に記載の方法では、レーザビームによる切断面を起点として、レーザビームによる加工幅の１０分の１程度の長さの熱影響領域が、生じる。特許文献１に記載の方法では、熱影響領域の形状や性状等にばらつきが発生してしまう為、熱影響領域に対する仕上げ加工にばらつきが生じてしまい、仕上げ加工にかかる時間やコストが余分に発生してしまったり、熱影響領域の形状や仕上げ加工に起因した品質のばらつきが生じてしまったりする可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減するレーザ加工システム及びレーザ加工方法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、レーザ加工システムは、強化繊維と樹脂とを含む複合材料にレーザビームをスキャンして、前記複合材料を加工するレーザ加工装置と、前記レーザ加工装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記強化繊維の方向である繊維方向と前記レーザビームをスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出し、算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件を算出し、算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャンを制御することを特徴とする。

この構成によれば、熱影響領域の形状や性状等に影響を与える因子であるスキャン角度に基づいてスキャン条件を算出し、算出したスキャン条件に基づいてレーザビームのスキャンを制御するので、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

この構成において、前記制御装置は、前記スキャン角度が一定となる前記複合材料の領域ごとに、前記スキャン条件を算出し、前記レーザビームのスキャンを制御することが好ましい。また、前記スキャン角度が一定となる前記複合材料の領域は、前記繊維方向が一定となる前記複合材料の層によることがより好ましい。これらの構成によれば、特に、繊維方向が一定の領域が複数種類組み合わされた複合材料や、繊維方向が一定の層が複数種類積層された複合材料等について、好適に、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

もしくは、この構成において、前記制御装置は、前記スキャン角度の連続変化に応じて前記スキャン条件の連続変化を算出し、前記レーザビームのスキャンを連続的に制御することが好ましい。また、前記スキャン角度の連続変化は、前記スキャン方向を連続変化させる曲線状の前記レーザビームのスキャンによることがより好ましい。これらの構成によれば、特に、複合材料を曲線や曲面で加工したい場合等について、好適に、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

これらの構成において、前記制御装置は、前記スキャン条件として、前記レーザビームのスキャンの速度であるスキャン速度を算出し、前記レーザビームのスキャン速度を制御することが好ましい。あるいは、これらの構成において、前記制御装置は、前記スキャン条件として、前記レーザビームのスキャン中のパワーを算出し、前記レーザビームのスキャン中のパワーを制御することが好ましい。あるいは、これらの構成において、前記制御装置は、前記スキャン条件として、前記レーザビームのスキャンの速度であるスキャン速度と、前記レーザビームのスキャン中のパワーとの組合せを算出し、前記レーザビームのスキャン速度と、前記レーザビームのスキャン中のパワーとを同時に制御することが好ましい。これらの構成によれば、スキャン角度に基づいて、レーザビームのスキャン速度やスキャン中のパワーを制御することで、より好適に、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、レーザ加工方法は、複合材料に含まれる強化繊維の方向である繊維方向と、前記複合材料にスキャンさせるレーザビームのスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出するスキャン角度算出ステップと、スキャン角度算出ステップで算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件を算出するスキャン条件算出ステップと、スキャン条件算出ステップで算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャンを制御して、前記複合材料を加工するレーザ加工ステップと、を有することを特徴とする。この構成によれば、本発明に係るレーザ加工システムと同様に、熱影響領域の形状や性状等に影響を与える因子であるスキャン角度に基づいてスキャン条件を算出し、算出したスキャン条件に基づいてレーザビームのスキャンを制御するので、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

本発明によれば、レーザビームによる加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減するレーザ加工システム及びレーザ加工方法を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係るレーザ加工システムの構成図である。 図２は、第１の実施形態に係るレーザビームのスキャンの第１例を示す説明図である。 図３は、第１の実施形態に係るレーザビームのスキャンの第２例を示す説明図である。 図４は、第１の実施形態に係るレーザビームのスキャンの第３例を示す説明図である。 図５は、第１の実施形態に係るレーザビームのスキャン速度の等熱影響領域線を示すグラフである。 図６は、第１の実施形態に係るレーザビームのパワーの等熱影響領域線を示すグラフである。 図７は、第１の実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。 図８は、第１の実施形態に係るスキャン角度算出ステップを説明する説明図である。 図９は、第１の実施形態に係るスキャン条件算出ステップの第１例を説明する説明図である。 図１０は、第１の実施形態に係るスキャン条件算出ステップの第２例を説明する説明図である。 図１１は、第２の実施形態に係るレーザビームのスキャンの例を示す説明図である。 図１２は、第２の実施形態に係るスキャン角度算出ステップを説明する説明図である。 図１３は、第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップの第１例を説明する説明図である。 図１４は、第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップの第２例を説明する説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１の構成図である。レーザ加工システム１は、図１に示すように、レーザ加工装置１０と、制御装置２０と、を備える。レーザ加工システム１は、制御装置２０で後述する所定の制御をしながら、レーザ加工装置１０で強化繊維１０２と樹脂１０４とを含む複合材料１００に切断加工用のレーザビーム１４をスキャンして、複合材料１００をレーザ加工するシステムである。ここで、複合材料１００にレーザビーム１４をスキャンするとは、複合材料１００にレーザビーム１４を照射した状態で複合材料１００におけるレーザビーム１４の照射位置を移動させることで、複合材料１００におけるレーザビーム１４での加工位置を移動させることを指す。

第１の実施形態においてレーザ加工システム１の加工対象である複合材料１００は、図１に示すように、レーザビーム１４を照射する照射側（＋Ｚ方向側）から順に、第１層１１０と、第２層１２０と、第３層１３０と、を有する。第１層１１０、第２層１２０及び第３層１３０は、いずれも、レーザビーム１４の照射方向（Ｚ軸方向）に対して直交する面方向（ＸＹ平面方向）に沿った複合材料の層であり、いずれも、強化繊維１０２と、樹脂１０４と、を含む。第１層１１０は、レーザビーム１４の照射方向に厚さＴ１を有し、第２層１２０は、レーザビーム１４の照射方向に厚さＴ２を有し、第３層１３０は、レーザビーム１４の照射方向に厚さＴ３を有する。

複合材料１００に含まれる強化繊維１０２、すなわち、第１層１１０、第２層１２０及び第３層１３０に含まれる強化繊維１０２は、１μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以上７μｍ以下の範囲内の基本繊維を、数１００本から数１００００本程度束ねた炭素繊維、金属繊維、ガラス繊維及びプラスチック繊維等が例示される。

複合材料１００に含まれる樹脂１０４、すなわち、第１層１１０、第２層１２０及び第３層１３０に含まれる樹脂１０４は、加熱されることで軟化状態または半硬化状態から硬化状態に熱硬化反応する熱硬化性樹脂と、加熱されることで熱溶融反応する熱可塑性樹脂と、が例示される。

樹脂１０４は、熱硬化性樹脂である場合、エポキシ系樹脂を有する樹脂が例示される。樹脂１０４は、熱硬化性樹脂である場合、他には、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。樹脂１０４は、熱可塑性樹脂である場合、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、樹脂１０４は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。

複合材料１００は、すなわち、複合材料１００を構成する第１層１１０、第２層１２０及び第３層１３０は、強化繊維１０２に樹脂１０４を含浸させたものであってもよいし、強化繊維１０２と樹脂１０４で構成された樹脂繊維との混紡であるコミングル材であってもよい。なお、コミングル材は、強化繊維１０２と樹脂１０４で構成された樹脂繊維とをニット状に織り込んだコミングルニット材も含む。

レーザ加工システム１の加工対象である複合材料１００は、すなわち、複合材料１００を構成する第１層１１０、第２層１２０及び第３層１３０は、複合材料のプリプレグであってもよいし、樹脂１０４を完全に硬化状態とした複合材料であってもよい。樹脂１０４を完全に硬化状態とした複合材料１００は、軽量性及び高い強度を有する。

第１の実施形態では、図１に示すように、レーザ加工システム１の加工対象である複合材料１００を水平面であるＸＹ平面に沿って、鉛直方向上側である＋Ｚ方向側から見て第１層１１０、第２層１２０及び第３層１３０の順に配されるように載置し、鉛直方向上側である＋Ｚ方向側から鉛直方向下側である－Ｚ方向側にある複合材料１００に向けて切断加工用のレーザビーム１４を照射して、複合材料１００をレーザ加工する形態について説明する。なお、本発明ではこの形態に限定されず、如何なる角度から複合材料１００をレーザ加工した形態も含まれる。

レーザ加工装置１０は、図１に示すように、切断加工用のレーザビーム１４を照射するレーザ照射ヘッド１１と、レーザ照射ヘッド１１を３次元的に移動させるヘッド移動装置１２と、レーザ照射ヘッド１１によるレーザビーム１４の照射位置を含む照射領域を撮像する撮像装置１３と、を備える。

レーザ照射ヘッド１１は、制御装置２０に制御されて、切断加工用のレーザビーム１４を照射する。レーザ照射ヘッド１１は、図示しない切断加工用レーザ光源により、図示しない所定の光学系を介して、複合材料１００を切断加工することが可能な周波数及びパワーを有する切断加工用のレーザビーム１４を、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向けて照射する。レーザ照射ヘッド１１は、所定の光学系により、レーザビーム１４を複合材料１００の表面付近の集光点に集光させ、レーザビーム１４のスポット径を、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下程度に調整する。

ヘッド移動装置１２は、レーザ照射ヘッド１１に取り付けられており、制御装置２０の制御を受けて、レーザ照射ヘッド１１を３次元的に移動させる装置である。ヘッド移動装置１２は、レーザ照射ヘッド１１を水平方向であるＸ軸方向またはＹ軸方向に沿って移動させることで、複合材料１００におけるレーザビーム１４の照射位置を水平方向であるＸ軸方向またはＹ軸方向に沿って移動させることができる。ヘッド移動装置１２は、レーザ照射ヘッド１１を鉛直方向であるＺ軸方向に沿って移動させることで、複合材料１００におけるレーザビーム１４の焦点をＺ軸方向に沿って移動させることができる。ヘッド移動装置１２は、ロボットアーム及びクレーンのアーム等の駆動系装置や、ガルバノミラー等のような光学的なスキャナ、電気光学偏光素子等のような偏光素子が好適なものとして例示される。

撮像装置１３は、レーザ照射ヘッド１１に対して水平方向（図１では、－Ｘ方向に示されている）に隣接した位置に、鉛直方向下方（－Ｚ方向）に向けて取り付けられており、レーザ照射ヘッド１１によるレーザビーム１４の照射位置を含む照射領域を撮像する装置である。撮像装置１３は、ヘッド移動装置１２により、レーザ照射ヘッド１１と共に移動する。撮像装置１３は、光学カメラ及びレーザーカメラ等が好適なものとして例示され、このような装置である場合、複合材料１００の照射領域を鉛直方向上側（＋Ｚ方向側）から撮像し、撮像した画像を解析することで、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域の位置、大きさ及び形状等を検出することができる。

レーザ加工システム１は、複合材料１００のレーザ加工に関する情報の入力を受け付ける入力装置３０をさらに備えていてもよい。レーザ加工システム１は、複合材料１００のレーザ加工に関する情報を出力する出力装置４０をさらに備えていてもよい。

入力装置３０は、高機能携帯電話（いわゆる、スマートフォン）を含む携帯電話機、タブレット端末、ノート型またはデスクトップ型のＰＣ（Personal Computer）、携帯情報端末であるＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、及び、眼鏡型や時計型のウェアラブルデバイス（Wearable Device）等に例示される情報処理端末である。

入力装置３０は、制御装置２０が実施形態に係るレーザ加工方法に関する各種電算処理を実行する際に必要となる各種情報を入力するための機能、例えば、制御装置２０から送信される各種情報の入力を受け付けるための入力画面等を入力装置３０の表示部に表示する機能、及び、入力を受け付けた各種情報を制御装置２０に送信する機能を有する。入力装置３０は、これらの様々な機能を、制御装置２０を利用するためのソフトウェアまたはアプリケーションを実行したり、制御装置２０を利用するためのインターネットブラウザ機能を実行したりすることで、実現する。

出力装置４０は、受信した情報に基づいて、文字、画像、動画等により表示する。出力装置４０は、制御装置２０が実行する実施形態に係るレーザ加工方法に関する各種電算処理の結果として得られる出力情報を出力するための機能、例えば、制御装置２０から出力された出力情報を受信する機能、及び、出力情報に基づく出力画面等を出力装置４０の表示部に表示する機能を有する。出力装置４０は、これらの様々な機能を、制御装置２０を利用するためのソフトウェアまたはアプリケーションを実行したり、制御装置２０を利用するためのインターネットブラウザ機能を実行したりすることで、実現する。

なお、レーザ加工システム１は、本実施形態では、入力装置３０と出力装置４０とを別々に設けたが、本発明はこれに限定されず、入力装置３０と出力装置４０とが一体化された形態であってもよい。この場合、例えば、入力装置３０の表示部が出力装置４０として機能する。

制御装置２０は、各装置、すなわち、レーザ加工装置１０のレーザ照射ヘッド１１、ヘッド移動装置１２及び撮像装置１３、入力装置３０並びに出力装置４０と電気的に接続されており、これらの各装置の動作を制御する。

制御装置２０は、レーザ加工システム１を制御するコンピュータシステムを含む情報処理装置である。制御装置２０は、図１に示すように、処理部２１と、記憶部２２と、情報通信インターフェイス２３と、を有する。

処理部２１は、コントローラ（controller）であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって、制御装置２０内部の記憶装置である記憶部２２に記憶されている各種プログラム（レーザ加工プログラムの一例に相当）がＲＡＭ（Random Access Memory）を作業領域として実行されることにより実現される。また、処理部２１は、例えば、コントローラであり、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現される。処理部２１は、各装置からの情報の入力を受け付けたり、制御装置２０と電気的に接続されている出力装置４０にレーザ加工システム１に関する各種パラメータ、計測結果、及び算出結果等の情報の出力を行ったりする情報通信インターフェイス２３が接続されている。

処理部２１は、図１に示すように、記憶部２２及び情報通信インターフェイス２３と、互いに情報通信可能に電気的に接続されており、これらの各構成要素をそれぞれ制御する制御部として機能する。すなわち、処理部２１は、記憶部２２とともに、制御部として機能して、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法をレーザ加工システム１に実行させるものである。

処理部２１は、図１に示すように、スキャン角度算出部２５と、スキャン条件算出部２６と、スキャン条件制御部２７と、を有する。処理部２１に含まれる各部、すなわち、スキャン角度算出部２５、スキャン条件算出部２６及びスキャン条件制御部２７は、いずれも、処理部２１がレーザ加工プログラムを実行することにより、実現される機能部である。なお、処理部２１に含まれる各部の具体的な機能は、実施形態に係るレーザ加工方法の詳細な説明と併せて、説明する。

記憶部２２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory)、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。記憶部２２は、レーザ加工システム１の各装置を制御するための制御信号の生成処理に必要な各種出力処理情報、及び、レーザ加工システム１の各装置から得られる受信信号の解析処理に必要な各種入力処理情報を記憶する。また、記憶部２２は、レーザ加工システム１の各装置から得られる受信信号を解析して得られる各種入力情報を、随時記憶する。

情報通信インターフェイス２３は、処理部２１と、制御装置２０と電気的に接続されている各装置とを、互いに情報通信可能に接続している。情報通信インターフェイス２３は、レーザ加工装置１０による複合材料１００に対するレーザ加工に関する情報を、レーザ加工装置１０から受信して処理部２１に送信する。具体的には、情報通信インターフェイス２３は、レーザ照射ヘッド１１が照射するレーザビーム１４の周波数、パワー及びスポット径等の情報を、レーザ照射ヘッド１１から受信して処理部２１に送信する。また、情報通信インターフェイス２３は、ヘッド移動装置１２が取得したレーザ照射ヘッド１１の３次元的な位置の情報を、ヘッド移動装置１２から受信して処理部２１に送信する。また、情報通信インターフェイス２３は、撮像装置１３が取得したレーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域の位置、大きさ及び形状等の情報を、撮像装置１３から受信して処理部２１に送信する。また、情報通信インターフェイス２３は、入力装置３０から入力を受け付けた各種情報を入力装置３０から受信して処理部２１に送信する。

情報通信インターフェイス２３は、処理部２１で生成される各情報、例えば、各装置を制御するための制御信号を処理部２１から受信し、それぞれ、各装置に向けて送信する。また、情報通信インターフェイス２３は、処理部２１で生成される実施形態に係るレーザ加工方法に関する各種電算処理の結果として得られる出力情報を処理部２１から受信し、出力装置４０に向けて送信する。

図２は、第１の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャンの第１例を示す説明図である。図３は、第１の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャンの第２例を示す説明図である。図４は、第１の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャンの第３例を示す説明図である。第１の実施形態に係るレーザ加工システム１を用いて複合材料１００をレーザ加工する際にレーザビーム１４をスキャンする事例について、図２から図４を用いて、以下に説明する。

レーザビーム１４のスキャンの第１例は、図２に示すように、複合材料１００の第１層１１０に対し、レーザビーム１４をスキャン経路１５に沿ってスキャンする事例である。第１層１１０に含まれる強化繊維１０２は、概ね、長手方向であるＸ軸方向に沿って配列されている。すなわち、第１層１１０は、強化繊維１０２の方向である繊維方向が長手方向であるＸ軸方向に対して０度の一方向材である。なお、第１層１１０は、長手方向であるＸ軸方向に対して０度の方向に沿って配列されていない強化繊維１０２を一部含んでいてもよい。

スキャン経路１５は、長手方向であるＸ軸方向に直交する水平面（ＸＹ平面）内の方向であるＹ軸方向に沿って、－Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に向けて設定している。すなわち、レーザビーム１４をスキャンさせる方向であるスキャン方向は、本実施形態では、＋Ｙ方向である。なお、第１の実施形態では、スキャン経路１５は、レーザビーム１４のスキャンの第１例、第２例及び第３例に共通の設定をしている。

レーザビーム１４のスキャンの第１例では、図２に示すように、第１層１１０の強化繊維１０２の方向である繊維方向と、レーザビーム１４をスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度θ１は、９０度となる。なお、スキャン角度θは、０度以上９０度以下の値を取り得る、本実施形態に係るレーザ加工に関するパラメータである。

レーザビーム１４のスキャンの第２例は、図３に示すように、複合材料１００の第２層１２０に対し、レーザビーム１４をスキャン経路１５に沿ってスキャンする事例である。第２層１２０に含まれる強化繊維１０２は、概ね、長手方向であるＸ軸方向に対して鉛直方向上側から見て反時計回りに４５度を形成する方向に沿って配列されている。すなわち、第２層１２０は、強化繊維１０２の方向である繊維方向が長手方向であるＸ軸方向に対して４５度の一方向材である。なお、第２層１２０は、長手方向であるＸ軸方向に対して４５度の方向に沿って配列されていない強化繊維１０２を一部含んでいてもよい。

レーザビーム１４のスキャンの第２例では、図３に示すように、第２層１２０の強化繊維１０２の方向である繊維方向と、レーザビーム１４をスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度θ２は、４５度となる。

レーザビーム１４のスキャンの第３例は、図４に示すように、複合材料１００の第３層１３０に対し、レーザビーム１４をスキャン経路１５に沿ってスキャンする事例である。第３層１３０に含まれる強化繊維１０２は、概ね、長手方向であるＸ軸方向に対して直交する方向であるＹ軸方向に沿って配列されている。すなわち、第３層１３０は、強化繊維１０２の方向である繊維方向が長手方向であるＸ軸方向に対して９０度の一方向材である。なお、第３層１３０は、長手方向であるＸ軸方向に対して９０度の方向に沿って配列されていない強化繊維１０２を一部含んでいてもよい。

レーザビーム１４のスキャンの第３例では、図４に示すように、第３層１３０の強化繊維１０２の方向である繊維方向と、レーザビーム１４をスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度θ３は、０度となる。

発明者らは、鋭意検討の結果、熱影響領域の位置、大きさ及び形状等が、複合材料１００の繊維方向とレーザビーム１４のスキャン方向が形成するスキャン角度θに強く依存することを突き止めた。発明者らは、具体的には、複合材料１００において、熱影響領域は、レーザビーム１４によるエネルギーを受けて樹脂１０４が溶解及び揮発等の反応を起こすことに起因して発生していること、及び、強化繊維１０２がレーザビーム１４によるエネルギーを繊維方向に偏って伝達することに起因して大きさ及び形状等が決まることを、突き止めた。

発明者らは、これらの突き止めた内容に鑑み、熱影響領域のスキャン経路１５からの距離を均一にする等熱影響領域線の傾向を導き出した。図５は、第１の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線を示すグラフである。図６は、第１の実施形態に係るレーザビーム１４のパワーの等熱影響領域線を示すグラフである。熱影響領域のスキャン経路１５からの距離を均一にする等熱影響領域線の傾向について、図５及び図６を用いて、以下に説明する。

熱影響領域のスキャン経路１５からの距離は、複合材料１００によるレーザビーム１４のエネルギーの伝達速度に依存する。複合材料１００によるレーザビーム１４のエネルギーの伝達速度は、強化繊維１０２によるレーザビーム１４のエネルギーの伝達速度と、樹脂１０４によるレーザビーム１４のエネルギーの伝達速度と、繊維方向とに依存する。複合材料１００によるレーザビーム１４のエネルギーの伝達速度は、特に、強化繊維１０２によるレーザビーム１４のエネルギーの繊維方向への伝達速度によって支配的であり、この強化繊維１０２による繊維方向のエネルギー伝達速度は、スキャン角度θの正弦値（ｓｉｎ関数によって算出される値）を用いて近似的に算出することができる。

なお、熱影響領域のスキャン経路１５からの距離、複合材料１００によるレーザビーム１４のエネルギーの伝達速度、並びに、強化繊維１０２による繊維方向のエネルギー伝達速度は、具体的に使用されている強化繊維１０２及び樹脂１０４によって異なるものであるので、予め実験的に求めておき、記憶部２２に記憶させておくことが好ましい。

レーザビーム１４のスキャンの速度であるスキャン速度の等熱影響領域線は、レーザビーム１４のエネルギーの伝達速度に概ね比例して算出され、図５に示すように、スキャン角度θの正弦値を用いた関数で近似的に算出することができる。具体的には、レーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線は、スキャン角度θが０度であるときに最小値のスキャン速度Ｖ１をとり、スキャン角度θが９０度であるときに最大値のスキャン速度Ｖ３をとり、スキャン角度θが４５度であるときにスキャン速度Ｖ１とスキャン速度Ｖ３との間でありスキャン速度Ｖ３に近い値であるスキャン速度Ｖ２をとる。

レーザビーム１４のパワーの等熱影響領域線は、レーザビーム１４のエネルギーの伝達速度に概ね反比例して算出され、図６に示すように、スキャン角度θの正弦値の逆数を用いた関数で近似的に算出することができる。具体的には、レーザビーム１４のパワーの等熱影響領域線は、スキャン角度θが０度であるときに最大値のパワーＰ１をとり、スキャン角度θが９０度であるときに最小値のパワーＰ３をとり、スキャン角度θが４５度であるときにパワーＰ１とパワーＰ３との間でありパワーＰ３に近い値であるパワーＰ２をとる。

第１の実施形態に係るレーザ加工システム１は、上記したレーザビーム１４に関する等熱影響領域線に基づいて算出される種々のレーザビーム１４のスキャン条件に従って複合材料１００に対してレーザ加工を施すことで、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減するものである。

第１の実施形態に係るレーザ加工システム１の作用について以下に説明する。図７は、第１の実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。レーザ加工システム１によって実行されるレーザ加工方法について、レーザ加工システム１の制御装置２０の処理部２１における各部の詳細な機能と併せて、以下に説明する。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工方法は、図７に示すように、スキャン角度算出ステップＳ１１と、スキャン条件算出ステップＳ１２と、レーザ加工ステップＳ１３と、を有する。

スキャン角度算出ステップＳ１１は、スキャン角度算出部２５が、複合材料１００に含まれる強化繊維１０２の方向である繊維方向と、複合材料１００にスキャンさせるレーザビーム１４のスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度θを算出するステップである。

スキャン角度算出ステップＳ１１では、具体的には、スキャン角度算出部２５が、まず、入力装置３０から入力されるか、または、予め制御装置２０の記憶部２２に記憶されている複合材料１００の強化繊維１０２の方向に関する情報を取得する。スキャン角度算出ステップＳ１１では、スキャン角度算出部２５が、さらに、入力装置３０から入力されるか、または、予め制御装置２０の記憶部２２に記憶されているレーザビーム１４のスキャン経路１５に関する情報を取得する。

スキャン角度算出ステップＳ１１では、スキャン角度算出部２５が、次に、複合材料１００の強化繊維１０２の方向に関する情報と、スキャン経路１５に関する情報とに基づいて、複合材料１００におけるスキャン経路１５上の全ての領域、すなわち、レーザビーム１４によってレーザ加工が施される複合材料１００の全ての領域において、スキャン角度θを算出する。

図８は、第１の実施形態に係るスキャン角度算出ステップＳ１１を説明する説明図である。スキャン角度算出ステップＳ１１では、スキャン角度算出部２５が、例えば、図１に示すように、レーザ加工の対象である複合材料１００が、厚さＴ１であり長手方向に対して０度の一方向材の第１層１１０と、厚さＴ２であり長手方向に対して４５度の一方向材の第２層１２０と、厚さＴ３であり長手方向に対して９０度の一方向材の第３層１３０とで構成される３層構造材料である場合、図８に示すように、深さ０から深さＤ１（Ｄ１＝Ｔ１）までは第１層１１０を加工するのでスキャン角度θ１が９０度であり、深さＤ１から深さＤ２（Ｄ２＝Ｔ１＋Ｔ２）までは第２層１２０を加工するのでスキャン角度θ２が４５度であり、深さＤ２から深さＤ３（Ｄ３＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）までは第３層１３０を加工するのでスキャン角度θ３が０度である、という風に算出する。

スキャン条件算出ステップＳ１２は、スキャン条件算出部２６が、スキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件を算出するステップである。

スキャン条件算出ステップＳ１２では、第１の実施形態では、スキャン条件算出部２６が、スキャン角度θが一定となる複合材料１００の領域ごとに、すなわち、繊維方向が一定となる複合材料１００の層ごとに、スキャン条件を算出することが好ましい。

スキャン条件算出ステップＳ１２では、具体的には、スキャン条件算出部２６が、まず、入力装置３０から入力されるか、または、予め制御装置２０の記憶部２２に記憶されている、変更することが可能なスキャン条件の項目に関する情報を取得する。スキャン条件算出ステップＳ１２では、スキャン条件算出部２６が、そして、変更することが可能なスキャン条件の項目に関する情報に基づいて、スキャン条件として算出する対象を決定する。スキャン条件算出ステップＳ１２では、スキャン条件算出部２６が、スキャン条件として算出する対象として、第１の実施形態では、レーザビーム１４のスキャン速度、及び、レーザビーム１４のスキャン中のパワーのうち少なくともいずれか一方に決定する。

スキャン条件算出ステップＳ１２では、スキャン条件算出部２６が、スキャン条件として算出する対象としてレーザビーム１４のスキャン速度に決定した場合、スキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件としてスキャン速度を算出する。

図９は、第１の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第１例を説明する説明図である。スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例は、スキャン条件算出部２６が、スキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件としてスキャン速度を算出する場合の事例である。

スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、図９に示すように、第１層１１０をスキャンする領域において、スキャン角度θ１の９０度と、予め記憶部２２に記憶させておいた図５に示すレーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン速度Ｖ３を算出する。スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、また、スキャン条件算出部２６が、第２層１２０をスキャンする領域において、スキャン角度θ２の４５度と、同様のレーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン速度Ｖ２を算出する。スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、また、スキャン条件算出部２６が、第３層１３０をスキャンする領域において、スキャン角度θ３の０度と、同様のレーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン速度Ｖ１を算出する。

スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、レーザビーム１４のスキャン速度が速い領域においては、１回のスキャン経路１５のスキャンで所望の加工深さを実現できない場合があるため、所望の加工深さを実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を、スキャン条件のパラメータの１つとして算出する。スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、第１層１１０において加工深さＴ１を実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を３回と算出し、第２層１２０において加工深さＴ２を実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を２回と算出し、第３層１３０において加工深さＴ３を実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を１回と算出する。このようにして、スキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、図９に示すようなスキャン条件を算出する。

スキャン条件算出ステップＳ１２では、スキャン条件算出部２６が、スキャン条件として算出する対象としてレーザビーム１４のスキャン中のパワーに決定した場合、スキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件としてスキャン中のパワーを算出する。

図１０は、第１の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第２例を説明する説明図である。スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例は、スキャン条件算出部２６が、スキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件としてスキャン中のパワーを算出する場合の事例である。

スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、図１０に示すように、第１層１１０をスキャンする領域において、スキャン角度θ１の９０度と、予め記憶部２２に記憶させておいた図６に示すレーザビーム１４のスキャン中のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン中のパワーＰ３を算出する。スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、また、スキャン条件算出部２６が、第２層１２０をスキャンする領域において、スキャン角度θ２の４５度と、同様のレーザビーム１４のスキャン中のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン中のパワーＰ２を算出する。スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、また、スキャン条件算出部２６が、第３層１３０をスキャンする領域において、スキャン角度θ３の０度と、同様のレーザビーム１４のスキャン中のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン中のパワーＰ１を算出する。

スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、レーザビーム１４のスキャン中のパワーが小さい領域においては、１回のスキャン経路１５のスキャンで所望の加工深さを実現できない場合があるため、所望の加工深さを実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を、スキャン条件のパラメータの１つとして算出する。スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、第１層１１０において加工深さＴ１を実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を３回と算出し、第２層１２０において加工深さＴ２を実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を２回と算出し、第３層１３０において加工深さＴ３を実現するために必要なスキャン経路１５のスキャン回数を１回と算出する。このようにして、スキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、図１０に示すようなスキャン条件を算出する。

なお、スキャン条件算出ステップＳ１２では、スキャン条件算出部２６が、スキャン条件として、レーザビーム１４のスキャン速度と、レーザビーム１４のスキャン中のパワーとの組合せを算出してもよい。

レーザ加工ステップＳ１３は、スキャン条件制御部２７が、スキャン条件算出ステップＳ１２で算出したスキャン条件に基づいて、レーザ加工装置１０を制御することで、レーザビーム１４のスキャンを制御して、複合材料１００を加工するステップである。

レーザ加工ステップＳ１３では、第１の実施形態では、スキャン条件制御部２７が、スキャン角度θが一定となる複合材料１００の領域ごとに、すなわち、繊維方向が一定となる複合材料１００の層ごとに、スキャン条件算出ステップＳ１２で算出したスキャン条件に基づいてレーザビーム１４のスキャンを制御することが好ましい。

レーザ加工ステップＳ１３では、具体的には、スキャン条件制御部２７が、ヘッド移動装置１２の制御を介してレーザ照射ヘッド１１を移動させて、複合材料１００にレーザビーム１４を照射した状態で複合材料１００におけるレーザビーム１４の照射位置を移動させることで、複合材料１００におけるレーザビーム１４での加工位置を移動させることにより、複合材料１００にレーザビーム１４をスキャンする。

レーザ加工ステップＳ１３では、スキャン条件制御部２７が、スキャン条件算出ステップＳ１２でスキャン条件算出部２６が図９に示すようにスキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン速度を算出した場合、このスキャン条件に基づいて、レーザビーム１４のスキャン速度を制御する。レーザ加工ステップＳ１３では、スキャン条件制御部２７が、また、スキャン条件算出ステップＳ１２でスキャン条件算出部２６が図１０に示すようにスキャン条件としてレーザビーム１４のスキャン中のパワーを算出した場合、このスキャン条件に基づいて、レーザビーム１４のスキャン中のパワーを制御する。レーザ加工ステップＳ１３では、スキャン条件制御部２７が、また、スキャン条件算出ステップＳ１２でスキャン条件算出部２６がレーザビーム１４のスキャン速度とレーザビーム１４のスキャン中のパワーとの組合せを算出した場合、このスキャン条件に基づいて、レーザビーム１４のスキャン速度とレーザビーム１４のスキャン中のパワーとを同時に制御する。

なお、第１の実施形態に係るレーザ加工方法は、スキャン角度算出ステップＳ１１、スキャン条件算出ステップＳ１２及びレーザ加工ステップＳ１３の実行中または実行後に、フィードバックステップを更に有していてもよい。フィードバックステップは、制御装置２０の処理部２１が、撮像装置１３を制御することで、複合材料１００におけるレーザビーム１４をスキャン後の状態を撮像し、撮像した画像を解析することで、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域の位置、大きさ及び形状等を検出し、検出した熱影響領域の位置、大きさ及び形状等に基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件を見直すステップである。

フィードバックステップでは、制御装置２０の処理部２１が、検出した熱影響領域が予め想定していた熱影響領域よりも広いと判定した場合には、レーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線の情報を、スキャン速度を大きくする方向に修正したり、レーザビーム１４のスキャン中のパワーの等熱影響領域線の情報を、パワーを小さくする方向に修正したりする。フィードバックステップでは、制御装置２０の処理部２１が、検出した熱影響領域が予め想定していた熱影響領域よりも狭いと判定した場合には、レーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線の情報を、スキャン速度を小さくする方向に修正したり、レーザビーム１４のスキャン中のパワーの等熱影響領域線の情報を、パワーを大きくする方向に修正したりする。

第１の実施形態に係るレーザ加工方法は、このフィードバックステップを採用することで、実際のレーザ加工の系に沿った形で、好適に、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、以上のような構成を有するので、熱影響領域の形状や性状等に影響を与える因子であるスキャン角度θに基づいてスキャン条件を算出し、算出したスキャン条件に基づいてレーザビーム１４のスキャンを制御するので、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。このため、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、熱影響領域の形状や性状等のばらつきを低減するので、熱影響領域に対する仕上げ加工のばらつきを低減することができ、仕上げ加工にかかる時間やコストを低減したり、熱影響領域の形状や仕上げ加工に起因した品質のばらつきを低減したりすることができるという作用効果を奏する。

また、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、制御装置２０が、スキャン角度θが一定となる複合材料１００の領域ごとに、スキャン条件を算出し、レーザビーム１４のスキャンを制御している。さらに、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、スキャン角度θが一定となる複合材料１００の領域は、繊維方向が一定となる複合材料１００の層によるものである。このため、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、特に、繊維方向が一定の領域が複数種類組み合わされた複合材料１００や、繊維方向が一定の層が複数種類積層された複合材料１００等について、好適に、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

また、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、制御装置２０が、スキャン条件として、レーザビーム１４のスキャンの速度であるスキャン速度を算出し、レーザビーム１４のスキャン速度を制御している。あるいは、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、制御装置２０が、スキャン条件として、レーザビーム１４のスキャン中のパワーを算出し、レーザビーム１４のスキャン中のパワーを制御している。あるいは、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、制御装置２０が、スキャン条件として、レーザビーム１４のスキャンの速度であるスキャン速度と、レーザビーム１４のスキャン中のパワーとの組合せを算出し、レーザビーム１４のスキャン速度と、レーザビーム１４のスキャン中のパワーとを同時に制御している。このため、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、スキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン速度やスキャン中のパワーを制御することで、より好適に、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

［第２の実施形態］
図１１は、第２の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャンの例を示す説明図である。第２の実施形態に係るレーザ加工システム１は、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１と同様である。第２の実施形態に係るレーザ加工方法は、第１の実施形態に係るレーザ加工方法において、レーザ加工システム１の加工対象である複合材料１００を複合材料２００に変更し、レーザビーム１４をスキャンするスキャン経路１５をスキャン経路１６に変更したものである。第２の実施形態に係るレーザ加工方法は、他の構成については、第１の実施形態に係るレーザ加工方法と同様である。第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法の説明では、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

第２の実施形態においてレーザ加工システム１の加工対象である複合材料２００は、図１１に示すように、複合材料１００における第１層１１０のみで構成されたものである。

スキャン経路１６は、図１１に示すように、－Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に向けて複合材料２００を横切るように＋Ｘ方向側に凸であり、Ｘ軸方向に平行であるＹ軸方向の中心を通る中心線に対して鏡対称の滑らかな曲線状に設定している。スキャン経路１６は、具体的には、－Ｙ方向側の端部の通過点Ｌ１では、長手方向であるＸ軸方向に対して角度θ１１を形成する方向に設定し、通過点Ｌ１から＋Ｙ方向側に進んだ位置である通過点Ｌ２では、長手方向であるＸ軸方向に対して角度θ１２を形成する方向に設定し、通過点Ｌ２からさらに＋Ｙ方向側に進んだスキャン経路１６の中間点にあたる通過点Ｌ３では、長手方向であるＸ軸方向に対して角度θ１３を形成する方向に設定し、通過点Ｌ３からさらに＋Ｙ方向側に進んだ位置である通過点Ｌ４では、長手方向であるＸ軸方向に対して角度θ１４を形成する方向に設定し、通過点Ｌ４からさらに＋Ｙ方向側に進んだ＋Ｙ方向側の端部の通過点Ｌ５では、長手方向であるＸ軸方向に対して角度θ１５を形成する方向に設定している。

スキャン経路１６において、通過点Ｌ１と通過点Ｌ５とは、中心線に対して鏡対称の関係にあり、角度θ１１と角度θ１５とは互いに等しい。また、スキャン経路１６において、通過点Ｌ２と通過点Ｌ４とは、中心線に対して鏡対称の関係にあり、角度θ１２と角度θ１４とは互いに等しく、いずれも４５度である。また、スキャン経路１６において、通過点Ｌ３は、中心線上にあり、角度θ１３は９０度である。また、スキャン経路１６において、通過点Ｌ１から通過点Ｌ３までの間は長手方向であるＸ軸方向に対して形成する角度は滑らかに単調増加となっており、通過点Ｌ３から通過点Ｌ５までの間は長手方向であるＸ軸方向に対して形成する角度は滑らかに単調減少となっている。

第２の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャンの事例では、第１層１１０の強化繊維１０２の方向である繊維方向が長手方向であるＸ軸方向と一致するので、スキャン経路１６における長手方向であるＸ軸方向に対する角度θ１１，θ１２，θ１３，θ１４，θ１５は、そのままスキャン角度θ１１，θ１２，θ１３，θ１４，θ１５となる。第２の実施形態に係るレーザビーム１４のスキャンの事例では、図１１に示すように、スキャン経路１６が滑らかな曲線状であることに基づき、スキャン角度θが連続変化している形態となっている。

図１２は、第２の実施形態に係るスキャン角度算出ステップＳ１１を説明する説明図である。第２の実施形態に係るスキャン角度算出ステップＳ１１では、スキャン角度算出部２５が、例えば、図１１に示すように、レーザ加工の対象である厚さＴ１であり長手方向に対して０度の一方向材の第１層１１０からなる複合材料２００に対して、スキャン経路１６に沿ってレーザビーム１４をスキャンする場合、図１２に示すように、通過点Ｌ１ではスキャン角度θ１１であり、通過点Ｌ２ではスキャン角度θ１２、すなわち４５度であり、通過点Ｌ３ではスキャン角度θ１３、すなわち９０度であり、通過点Ｌ４ではスキャン角度θ１４、すなわち４５度であり、通過点Ｌ５ではスキャン角度θ１５である、という風に算出する。第２の実施形態に係るスキャン角度算出ステップＳ１１では、スキャン角度算出部２５が、より詳細には、図１２に示すように、スキャン経路１６の中間点にあたる通過点Ｌ３で鏡対象となる、スキャン経路１６上の通過点の座標に対するスキャン角度θのグラフを算出する。

スキャン条件算出ステップＳ１２では、第２の実施形態では、スキャン条件算出部２６が、スキャン角度θの連続変化に応じて、より詳細には、スキャン方向を連続変化させる曲線状のスキャン経路１６に沿ったレーザビーム１４のスキャンによるスキャン角度θの連続変化に応じて、スキャン条件の連続変化を算出することが好ましい。

図１３は、第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第１例を説明する説明図である。第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第１例は、スキャン条件算出部２６が、第２の実施形態に係るスキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件としてスキャン速度を算出する場合の事例である。

第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、図１３に示すように、通過点Ｌ１では、４５度より小さいスキャン角度θ１１と、予め記憶部２２に記憶させておいた図５に示すレーザビーム１４のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてスキャン速度Ｖ２より小さいスキャン速度を算出する。第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、図１３に示すように、通過点Ｌ１と同様に、通過点Ｌ２では、スキャン角度θ１２の４５度と図５のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてスキャン速度Ｖ２を算出し、通過点Ｌ３では、スキャン角度θ１３の９０度と図５のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてスキャン速度Ｖ３を算出し、通過点Ｌ４では、スキャン角度θ１４の４５度と図５のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてスキャン速度Ｖ２を算出し、通過点Ｌ５では、４５度より小さいスキャン角度θ１５と図５のスキャン速度の等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてスキャン速度Ｖ２より小さいスキャン速度を算出する。第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第１例では、スキャン条件算出部２６が、より詳細には、図１３に示すように、スキャン経路１６の中間点にあたる通過点Ｌ３で鏡対象となる、スキャン経路１６上の通過点の座標に対して滑らかに連続変化するスキャン速度のグラフを算出する。

図１４は、第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第２例を説明する説明図である。第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第２例は、スキャン条件算出部２６が、第２の実施形態に係るスキャン角度算出ステップＳ１１で算出したスキャン角度θに基づいて、レーザビーム１４のスキャン条件としてスキャン中のパワーを算出する場合の事例である。

第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、図１４に示すように、通過点Ｌ１では、４５度より小さいスキャン角度θ１１と、予め記憶部２２に記憶させておいた図６に示すレーザビーム１４のスキャン中のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてパワーＰ２より大きいパワーを算出する。第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、図１４に示すように、通過点Ｌ１と同様に、通過点Ｌ２では、スキャン角度θ１２の４５度と図６のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてパワーＰ２を算出し、通過点Ｌ３では、スキャン角度θ１３の９０度と図６のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてパワーＰ３を算出し、通過点Ｌ４では、スキャン角度θ１４の４５度と図６のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてパワーＰ２を算出し、通過点Ｌ５では、４５度より小さいスキャン角度θ１５と図６のパワーの等熱影響領域線の情報とに基づいて、スキャン条件としてパワーＰ２より大きいパワーを算出する。第２の実施形態に係るスキャン条件算出ステップＳ１２の第２例では、スキャン条件算出部２６が、より詳細には、図１４に示すように、スキャン経路１６の中間点にあたる通過点Ｌ３で鏡対象となる、スキャン経路１６上の通過点の座標に対して滑らかに連続変化するパワーのグラフを算出する。

レーザ加工ステップＳ１３では、第２の実施形態では、スキャン条件制御部２７が、スキャン角度θの連続変化に応じて、より詳細には、スキャン方向を連続変化させる曲線状のスキャン経路１６に沿ったレーザビーム１４のスキャンによるスキャン角度θの連続変化に応じて、スキャン条件算出ステップＳ１２で算出したスキャン条件に基づいてレーザビーム１４のスキャンを連続的に制御することが好ましい。

第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法と同様に、熱影響領域の形状や性状等に影響を与える因子であるスキャン角度θに基づいてスキャン条件を算出し、算出したスキャン条件に基づいてレーザビーム１４のスキャンを制御するので、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。このため、第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法と同様に、熱影響領域の形状や性状等のばらつきを低減するので、熱影響領域に対する仕上げ加工のばらつきを低減することができ、仕上げ加工にかかる時間やコストを低減したり、熱影響領域の形状や仕上げ加工に起因した品質のばらつきを低減したりすることができるという作用効果を奏する。その他、第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、複合材料１００をレーザ加工することによって初めて生じる作用効果を除き、第１の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法と同様の作用効果を奏する。

また、第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、制御装置２０が、スキャン角度θの連続変化に応じてスキャン条件の連続変化を算出し、レーザビーム１４のスキャンを連続的に制御している。さらに、第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、スキャン角度θの連続変化は、スキャン方向を連続変化させる曲線状のレーザビーム１４のスキャンによるものである。このため、第２の実施形態に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、特に、複合材料１００を曲線や曲面で加工したい場合等について、好適に、レーザビーム１４による加工に起因する熱影響領域のばらつきや熱影響領域の差異によって生じる切断面の凹凸を低減することができる。

１ レーザ加工システム
１０ レーザ加工装置
１１ レーザ照射ヘッド
１２ ヘッド移動装置
１３ 撮像装置
１４ レーザビーム
１５，１６ スキャン経路
２０ 制御装置
２１ 処理部
２２ 記憶部
２３ 情報通信インターフェイス
２５ スキャン角度算出部
２６ スキャン条件算出部
２７ スキャン条件制御部
３０ 入力装置
４０ 出力装置
１００，２００ 複合材料
１０２ 強化繊維
１０４ 樹脂
１１０ 第１層
１２０ 第２層
１３０ 第３層
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ パワー
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ スキャン速度
θ，θ１，θ２，θ３，θ１１，θ１２，θ１３，θ１４，θ１５ スキャン角度

Claims (10)

1. 強化繊維と樹脂とを含む複合材料にレーザビームをスキャンして、前記複合材料を加工するレーザ加工装置と、
   前記レーザ加工装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記強化繊維の方向である繊維方向と前記レーザビームをスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出し、算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件として、前記レーザビームのスキャンの速度であるスキャン速度を算出し、算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャン速度を制御することを特徴とするレーザ加工システム。
2. 強化繊維と樹脂とを含む複合材料にレーザビームをスキャンして、前記複合材料を加工するレーザ加工装置と、
   前記レーザ加工装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記強化繊維の方向である繊維方向と前記レーザビームをスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出し、算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件として、前記レーザビームのスキャン中のパワーを算出し、算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャン中のパワーを制御することを特徴とするレーザ加工システム。
3. 強化繊維と樹脂とを含む複合材料にレーザビームをスキャンして、前記複合材料を加工するレーザ加工装置と、
   前記レーザ加工装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記強化繊維の方向である繊維方向と前記レーザビームをスキャンさせる方向であるスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出し、算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件として、前記レーザビームのスキャンの速度であるスキャン速度と、前記レーザビームのスキャン中のパワーとの組合せを算出し、算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャン速度と、前記レーザビームのスキャン中のパワーとを同時に制御することを特徴とするレーザ加工システム。
4. 前記制御装置は、前記スキャン角度が一定となる前記複合材料の領域ごとに、前記スキャン条件を算出し、前記レーザビームのスキャンを制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
5. 前記スキャン角度が一定となる前記複合材料の領域は、前記繊維方向が一定となる前記複合材料の層によることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工システム。
6. 前記制御装置は、前記スキャン角度の連続変化に応じて前記スキャン条件の連続変化を算出し、前記レーザビームのスキャンを連続的に制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
7. 前記スキャン角度の連続変化は、前記スキャン方向を連続変化させる曲線状の前記レーザビームのスキャンによることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工システム。
8. 強化繊維と樹脂とを含む複合材料に含まれる強化繊維の方向である繊維方向と、前記複合材料にスキャンさせるレーザビームのスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出するスキャン角度算出ステップと、
   スキャン角度算出ステップで算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件として、前記レーザビームのスキャンの速度であるスキャン速度を算出するスキャン条件算出ステップと、
   スキャン条件算出ステップで算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャン速度を制御して、前記複合材料を加工するレーザ加工ステップと、
   を有することを特徴とするレーザ加工方法。
9. 強化繊維と樹脂とを含む複合材料に含まれる強化繊維の方向である繊維方向と、前記複合材料にスキャンさせるレーザビームのスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出するスキャン角度算出ステップと、
   スキャン角度算出ステップで算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件として、前記レーザビームのスキャン中のパワーを算出するスキャン条件算出ステップと、
   スキャン条件算出ステップで算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャン中のパワーを制御して、前記複合材料を加工するレーザ加工ステップと、
   を有することを特徴とするレーザ加工方法。
10. 強化繊維と樹脂とを含む複合材料に含まれる強化繊維の方向である繊維方向と、前記複合材料にスキャンさせるレーザビームのスキャン方向とが形成する角度であるスキャン角度を算出するスキャン角度算出ステップと、
    スキャン角度算出ステップで算出した前記スキャン角度に基づいて、前記レーザビームのスキャン条件として、前記レーザビームのスキャンの速度であるスキャン速度と、前記レーザビームのスキャン中のパワーとの組合せを算出するスキャン条件算出ステップと、
    スキャン条件算出ステップで算出した前記スキャン条件に基づいて、前記レーザビームのスキャン速度と、前記レーザビームのスキャン中のパワーとを同時に制御して、前記複合材料を加工するレーザ加工ステップと、
    を有することを特徴とするレーザ加工方法。

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