レーザ加工装置及びその出力制御方法
【課題】 レーザ光の強度を所定の出力レベルに制御可能なレーザ加工装置及びその出力制御方法を提供する。
【解決手段】 制御部２２は、加工対象物Ｗの加工前（レーザ光Ｌの非出射時）にサーモパイル２０からの出力に応じて測定される周囲温度ＱＡに応じて補正係数をメモリに記憶させるとともに、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工時（レーザ光Ｌの出射時）にサーモパイル２０からの出力に応じて測定される温度ＱＫに、加工対象物Ｗの加工前に測定された補正係数を与えて補正し、当該補正して得られる温度ＱＫ’に応じてレーザ発振器１０からのレーザ光Ｌを所定の出力レベルに制御する。
【解決手段】 制御部２２は、加工対象物Ｗの加工前（レーザ光Ｌの非出射時）にサーモパイル２０からの出力に応じて測定される周囲温度ＱＡに応じて補正係数をメモリに記憶させるとともに、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工時（レーザ光Ｌの出射時）にサーモパイル２０からの出力に応じて測定される温度ＱＫに、加工対象物Ｗの加工前に測定された補正係数を与えて補正し、当該補正して得られる温度ＱＫ’に応じてレーザ発振器１０からのレーザ光Ｌを所定の出力レベルに制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びその出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光源から出射されたレーザ光を収束レンズで収束させ、この収束した光を樹脂、木、金属等の加工対象物の表面を加熱し、表面を局部的に変色又は変形、溶融させることにより文字等のマーキングを行うレーザ加工装置が知られている。
【０００３】
この種のレーザ加工装置として、レーザ光源から出力されるレーザ光の強さ（出力レベル）を適切な範囲内に制御する自動パワー制御（ＡＰＣ制御）を行うものがある。
【０００４】
この自動パワー制御の方法としては、レーザ光源と収束レンズとの間の光路上に配されるビームスプリッタ等の光分岐手段によりレーザ光を加工対象物に向かう光路中から分岐させ、この分岐したレーザ光の受光量をフォトダイオードにより受光し、レーザ光の受光量に応じてレーザ光源から出射させるレーザ光の出力レベルを一定に維持するようにフィードバック制御を行うものがある（下記特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、ガラス等のマーキングには、レーザ光源として、炭酸ガスレーザ（ＣＯ２レーザ）が用いられているが、炭酸ガスレーザ（ＣＯ２レーザ）の波長（１０．６μｍ）はＹＡＧレーザの波長（１．０６μｍ）に比べて長く、フォトダイオードを用いたパワー検出が困難である。一般的なフォトダイオードの使用可能帯域に対して、炭酸ガスレーザの波長は長すぎるからである。
【０００６】
そこで、フォトダイオードとは異なるサーモパイル等の温度センサを有する温度測定手段を用い、レーザ光の強度をフォトダイオードにより光で検出（測定）するのではなく、レーザ光の強度を温度測定手段により温度（熱量）で検出（測定）することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光の出力（強度）を温度に基づき所定の出力レベルに制御する構成が考えられる。これにより、例えば、レーザ光源の劣化等により、レーザ光の出力レベルが低下した場合であっても、レーザ光源から出射させるレーザ光の出力レベルをフィードバック制御することができうる。
【特許文献１】特開２００３−５３５６４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、レーザ光源から出射されるレーザ光の温度を測定し、測定された温度に基づきレーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する構成とした場合、温度測定手段が周囲温度の影響を受けて実際のレーザ光の温度とは異なる温度として測定してしまい、測定された異なる温度（誤測定された温度）に基づいてレーザ光源の出力を所定値とは異なる出力レベルに制御するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、レーザ光の強度を所定の出力レベルに制御可能なレーザ加工装置及びその出力制御方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係るレーザ加工装置は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物に収束させる収束レンズと、
前記レーザ光源からのレーザ光の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する制御手段と、を備えるレーザ加工装置において、
前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により測定される温度を、前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により測定される温度に基づき補正する補正手段を備え、
前記制御手段は、前記補正手段により補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御する構成としたところに特徴を有する。
【００１０】
なお、レーザ光の温度を「直接的」に測定するものには、例えば、熱電対の２種類の金属の接点部をレーザ光の光路中に配することによりレーザ光の温度を測定する構成や、レーザ光源と収束レンズとの間の光路中に配されレーザ光源から収束レンズに向かうレーザ光を分岐させる光分岐手段を備える構成とし、前記光分岐手段により前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中から分岐されたレーザ光をの温度を温度測定手段により測定する構成が含まれる。一方、レーザ光の温度を「間接的」に測定するものには、例えば、ガルバノミラーを備える構成では、ガルバノミラーに照射されたレーザ光により、ガルバノミラーから放射状に広がる熱を、ガルバノミラーとは非接触で測定する構成が含まれる。つまり、光学部品等（例えば、実施例で言うと、折り返しミラー１３，収束レンズ（対物レンズ）１６等も含まれる）のレーザ光が通過・照射される部分（特定部位）の温度を非接触で測定する構成が含まれるということである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中に配され前記レーザ光源から前記収束レンズに向かうレーザ光を分岐させる光分岐手段を備え、
前記温度測定手段は、前記光分岐手段により前記光路中から分岐されたレーザ光の温度を測定するところに特徴を有する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記レーザ光源からのレーザ光を反射させて方向を変えるガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーを回動させるガルバノ駆動手段と、を備え、
前記ガルバノミラーで反射したレーザ光が収束レンズを介して加工対象物上に照射されるレーザ加工装置であって、
前記温度測定手段は、前記ガルバノミラーから放射される放射温度を測定するところに特徴を有する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中には、前記加工対象物からの反射光を分岐させる反射光分岐手段と、
前記反射光分岐手段により前記光路中から分岐された反射光の温度を測定する反射光温度測定手段と、を備えるところに特徴を有する。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記温度測定手段は、サーモパイルを備えて構成され、前記サーモパイルの受光面に前記レーザ光が照射されることにより変化する温度を測定するところに特徴を有する。
【００１５】
請求項６の発明に係るレーザ加工装置の出力制御方法は、レーザ光源からのレーザ光を光分岐手段により分岐させ、当該分岐されたレーザ光の温度を温度測定手段により測定し、当該測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御するレーザ加工装置の出力制御方法であって、
前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により温度を測定するとともに、前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により温度を測定し、前記レーザ光の出射時に測定された温度を、前記レーザ光の非出射時に測定された温度に基づき補正し、当該補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御する構成としたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１６】
＜請求項１及び請求項６の発明＞
レーザ光源から出射されるレーザ光の温度を温度測定手段により測定し、測定された温度に基づきレーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する構成とした場合、温度測定手段が周囲温度の影響を受けて実際のレーザ光の温度とは異なる温度を測定し、測定された異なる温度に基づいてレーザ光源の出力を所定値とは異なる出力レベルに制御してしまうおそれがある。
【００１７】
そこで、本構成によれば、レーザ光による温度の影響を温度測定手段が受けないレーザ光の非出射時に、レーザ光の温度を温度測定手段により測定する。そして、補正手段により、レーザ光の出射時に温度測定手段により測定される温度を、レーザ光の非出射時に温度測定手段により測定される温度に基づき補正する。これにより、より周囲温度の影響を加味した値に補正された温度に基づきレーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御することができる。
【００１８】
＜請求項２の発明＞
本構成によれば、レーザ光源からのレーザ光の一部を温度測定手段が直接受光することにより温度を測定することができるから、例えば、レーザ光の受光部と温度測定手段とを非接触に配し、間接的に温度を測定する構成と比較して、測定時の応答時間を短くすることができる。
【００１９】
＜請求項３の発明＞
本構成によれば、例えば、光分岐手段により分岐させたレーザ光の温度を測定する構成と比較して、光分岐手段を設けなくても温度を測定できるから、部品点数の削減が可能になる。
【００２０】
＜請求項４の発明＞
本構成によれば、反射光分岐手段により分岐された反射光が反射光温度測定手段により測定されるかどうかで加工対象物にレーザ光が照射されているかどうかを検出できる。また、レーザ光源から収束レンズに向かうレーザ光の温度を測定するだけでなく、加工対象物からの反射光の温度も測定し、この測定した温度により、そのときの加工対象物の表面温度（加工対象物表面の溶融度）を知ることができるから、最も加工に適した強度（加工するのに（最低限)必要な強度）のレーザ光が照射されるように、レーザ光源の出力を制御することができる。
【００２１】
＜請求項５の発明＞
本構成によれば、サーモパイルの受光面にレーザ光が照射されるから、比較的出力レベルの大きなレーザ光の温度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
以下、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態１を図１〜図４を参照しつつ説明する。
１．レーザ加工装置の構成
レーザ加工装置は、図１に示すように、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０からのレーザ光Ｌを所定の光路から加工対象物Ｗに導く光学系１１と、与えられた温度に応じた信号を出力するサーモパイル２０と、サーモパイル２０からの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、制御部２２（制御手段）とを備えて構成されている。そして、レーザ光が加工対象物Ｗに照射されることにより文字・図形・記号等）が加工対象物Ｗ上に加工（マーキング）されるものである。
【００２３】
レーザ発振器１０（本発明の「レーザ光源」に相当）は、制御部２２からパルス信号を受けるとレーザ発振器１０内の炭酸ガスを励起し、レーザ光Ｌ（ＣＯ２レーザ）を出射するようになっている。
【００２４】
光学系１１は、レーザ発振器１０からのレーザ光Ｌのビーム径を拡大するビームエキスパンダ１２と、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌを直交する方向に反射する折り返しミラー（ベントミラー）１３と、折り返しミラー１３からの光を透過する光と反射する光とに分岐する分光ミラー（部分透過ミラー）１４と、ガルバノスキャナ１５と、対物レンズである収束レンズ１６とを備えて構成されている。なお、折り返しミラー（ベントミラー）１３については、特に設けられている必要はなく、例えば、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌを直接分光ミラー（部分透過ミラー）１４に導く（ビームエキスパンダ１２から出射される光の進行方向に分光ミラー１４が配される）構成でもよい。
【００２５】
分光ミラー１４（本発明の「光分岐手段」に相当）は、例えば、ビームスプリッタ（部分透過ミラー）から構成され、折り返しミラー１３からのレーザ光Ｌを、透過するレーザ光Ｌ１と反射するレーザ光Ｌ２とに分岐するようになっており、このうち透過した（レーザ光Ｌの一部の光量の）レーザ光Ｌ１は、サーモパイル（温度検出素子）２０の受光面（図示しない）に照射されるようになっている。一方、反射したレーザ光Ｌ２は、ガルバノスキャナ１５側に向かうようになっている。
【００２６】
ガルバノスキャナ１５は、一対のガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを備えており、ガルバノ駆動手段（図示しない）が制御部２２からの信号に応じて駆動すると、両ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙが回動し、直交する２方向（ＸＹ方向）におけるレーザ光Ｌの向きが調整される。その結果、収束レンズ１６を透過したレーザ光Ｌのレーザスポットが加工対象物Ｗ上のいずれの位置にも移動可能となっている。なお、収束レンズ１６は例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙで反射されたレーザ光Ｌを収束して加工対象物Ｗ上にレーザ光Ｌのレーザスポットを形成する。
【００２７】
サーモパイル２０は、与えられる温度（熱量：ここで言う「温度」とは、サーモパイル２０に与えられる熱量、つまり、エネルギー量を含む意味である）に応じた起電力を出力する素子であり、その平坦な受光面（図示しない）に分光ミラー１４を透過したレーザ光Ｌ１が受光可能になっている。これにより、加工対象物Ｗの非加工時（レーザ光の非出射（非投光）時）には、周囲温度ＱＡに応じた起電力がサーモパイル２０から出力されるとともに、加工対象物Ｗの加工時には、周囲温度ＱＡ及び受光面に受光されたレーザ光Ｌの熱の両方（加算した両方）の温度（熱量）による起電力がサーモパイル２０から出力されるようになっている。そして、サーモパイル２０から出力される起電力はＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号に変換されて制御部２２に出力される。
【００２８】
制御部２２は、コンソール等の入力手段２３と接続されており、入力手段２３により設定されたレーザ光Ｌの強度（出力レベル）に応じた信号が受信されるようになっている。そして、レーザ光Ｌの強度に応じた信号を制御部２２が受けると、設定された強度のレーザ光Ｌが出射されるために必要なパルス信号のデューティ比を算出し、このパルス信号をレーザ発振器１０に送信する。これにより、入力手段２３での設定値に応じて、レーザ発振器１０から出射されるレーザ光Ｌの出力レベルが変更可能になっている。
【００２９】
制御部２２は、加工対象物Ｗの加工前（レーザ光の非投光時）に、Ａ／Ｄ変換器２１から出力される周囲温度に応じた情報（デジタル信号）を取り込むようになっている。ここで、図２に示すように、多数の異なる周囲温度℃（熱量cal）のそれぞれと対応付けられた補正係数が予め記憶部２４に記憶されており、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工前に測定した周囲温度ＱＡに応じた補正係数（例えば、周囲温度２０℃を測定したときには補正係数Ｎ）を記憶部２４から読み出し、この補正係数をメモリ（図示しない）に記憶する。
【００３０】
また、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工時（レーザ光Ｌの出射（投光）時）に、Ａ／Ｄ変換器２１から出力される温度ＱＫ（Ｋは測定された順番を示す）の情報を所定のタイミングごとに取り込むようになっている。そして、この加工対象物Ｗの加工時に取り込んだ温度ＱＫ（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３・・・）に、加工対象物Ｗの加工前（レーザ光Ｌの非投光時）にメモリに記憶した補正係数を与え（乗算する）、周囲温度ＱＫの影響を受けない（影響を加味した）場合の温度ＱＫ’を求める。したがって、ここで求めた温度ＱＫ’が実際のレーザ光Ｌの強度に正確に対応する温度となる。
【００３１】
そして、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工時（レーザ光Ｌの投光時）に前後に連続して測定される温度に差ＱＸ（＝ＱＫ’−Ｑ（Ｋ’−１））が生じたときには、この差ＱＸがレーザ発振器１０の劣化等により生じるレーザ光Ｌの出力レベルの変動であるから、かかるレーザ光の出力レベルの変動分だけレーザ発振器１０から出力されるレーザ光Ｌの強度（出力レベル）の制御（フィードバック制御）を行う。
【００３２】
２．レーザマーキング装置の出力制御
次に、レーザマーキング装置の出力制御について図３，図４を参照しつつ説明する。なお、ここでは、図４に示すように、加工対象物Ｗ上に文字Ａを印字する場合を例に挙げて説明する。
作業者により、マーキング開始の操作がコンソール等の入力手段２３にされると、マーキング開始のトリガ信号が制御部２２に送出される。
【００３３】
制御部２２は、マーキング開始のトリガ信号を受けると（図３のＳ１）、温度の測定回数のカウントを初期化する（Ｓ２）。また、温度ＱＡ（周囲温度）に応じてサーモパイル２０からの信号がＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号として出力されており、制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されるデジタル信号を所定のタイミングで取り込み、この取り込んだデジタル信号によりレーザ加工前（レーザ光の非出射（非投光）時）の周囲温度ＱＡを測定する（Ｓ３。このとき図４のＰＡの位置が非投光のスポット位置）。
そして、記憶部２４に記憶されている温度と補正係数の対応表（テーブル）を読み出し、周囲温度ＱＡと対応する補正係数をメモリに記憶する（Ｓ４）。
【００３４】
次に、制御部２２は、ガルバノ駆動手段に信号を送出し、マーキング開始位置にスポットが形成されるようにガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを回動させ（スポット位置が図４のＰ１となる位置）、マーキング開始位置にて予め設定した強度（出力レベル）に応じたデューティ比のパルス信号をレーザ発振器１０に送出し、レーザ発振器１０からレーザ光Ｌをパルス発振させるとともに（Ｓ５）、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを回動させてマーキングすべき所定の経路（図４の点線方向の経路）を走査させる（マーキングさせる）。次に、温度の測定回数のカウントを１加算するとともに（Ｓ６）、レーザ投光時の温度に応じてサーモパイル２０から出力される信号がＡ／Ｄ変換器２１を介してデジタル信号として制御部２２に出力されているから、制御部２２は、かかるデジタル信号を取り込み、このデジタル信号によりレーザ加工時（レーザ光の出射（投光）時）の温度ＱＫを測定する（Ｓ７）。
【００３５】
そして、制御部２２は、レーザ加工前（非投光時）に記憶部２４に記憶した補正係数を読み出し、読み出した補正係数をレーザ加工時（投光時）の温度ＱＫに与えて（乗算して）、周囲温度ＱＡに応じてより正確にレーザ光Ｌの出力レベルに対応するように補正した温度ＱＫ’を求め（Ｓ８）、温度ＱＫ’をメモリに記憶する。
【００３６】
次に、制御部２２は、レーザ加工時に温度ＱＫを測定した回数が２回目以降かどうかを判定し、１回目（ＱＫ＝Ｑ１）であるときには（Ｓ９で「Ｎ」）、温度の測定回数のカウントを１加算し（Ｓ６）、再びレーザ加工時（投光時）の温度ＱＫ（＝Ｑ２）を測定するとともに（Ｓ７）、補正した温度ＱＫ’（Ｑ２’）を求め（Ｓ８）、温度ＱＫ’（Ｑ２’）をメモリに記憶する。
【００３７】
一方、制御部２２は、温度ＱＫを測定した回数が２回目以降であるときには（Ｓ９で「Ｙ」）、制御部２２は、前回補正（測定）した温度Ｑ（Ｋ’−１）と、今回補正（測定）した温度ＱＫ’とが異なるかどうか(又は所定値以上異なるかどうか）を判定する（Ｓ１０）。
【００３８】
温度Ｑ（Ｋ’−１）と温度ＱＫ’とが等しいときには（Ｓ１０で「Ｎ」）、レーザ発振器１０から出射されるレーザ光の強度（出力レベル）に変化が生じていないということであるから、線要素単位（Ａ１及びＡ２）の加工が終了（終了位置Ｐ２に到達）しなければ（Ｓ１３で「Ｎ」）、温度の測定回数のカウントを１加算し（Ｓ６）、所定タイミング後に、再びレーザ加工時（投光時）の温度ＱＫを測定するとともに、補正した温度ＱＫ’を求め、温度ＱＫ’をメモリに記憶する（Ｓ７〜Ｓ９で「Ｙ」）。
【００３９】
一方、温度Ｑ（Ｋ’−１）と温度ＱＫ’とが異なるときには（Ｓ１０で「Ｙ」）、今回補正（測定）した温度ＱＫ’と前回補正（測定）した温度Ｑ（Ｋ’−１）との差ＱＸ（ＱＫ’−Ｑ（Ｋ’−１））を求める（Ｓ１１）。この差ＱＸが前回のレーザ光Ｌの出力レベルと今回のレーザ光Ｌの出力レベルとの差（レーザ強度の変動量）に対応するから、制御部２２は、差ＱＸに応じてレーザ発振器１０に送出するパルス信号のデューティ比を変更する（Ｓ１２）。これにより、レーザ光の強度が変動したときには、変動した分だけレーザ発振器１０から出力されるレーザ光Ｌの強度（出力レベル）が変更（フィードバック制御）され、加工対象物Ｗに照射されるレーザ光の強度が一定に保たれる。なお、ここでは、パルスデューティ比を変えることによりレーザ光の強度（出力レベル・レーザパワー）を変える構成であったが、これに限らず、レーザ発振器１０に送出するパルス信号（レーザ光源を制御するパルス）の波高値（ピークレベル）を変更することで、レーザ光の強度（出力レベル・レーザパワー）を変える構成であってもよい。
【００４０】
そして、線要素単位（Ａ１及びＡ２）の加工が終了するまで（Ｐ３の位置に達するまで，Ｓ１３で「Ｎ」）、レーザ加工時の測定が所定タイミングごとに繰り返し行われ、レーザ光の出力レベルが変動すると、その都度レーザ光Ｌの強度（出力レベル）を変更（フィードバック制御）することにより（Ｓ６〜Ｓ１２）、加工対象物Ｗに照射されるレーザ光の強度が一定に保たれる。
そして、線要素単位（Ａ１及びＡ２）の加工が終了すると（Ｓ１３で「Ｙ」）、次の線要素（Ａ３）についても同様にレーザ加工時における上記した温度測定及び温度補正の処理を行い（Ｓ１４で「Ｎ」，Ｓ３〜Ｓ１３）、
【００４１】
そして、マーキングする全ての線要素（Ａ１〜Ａ３）の加工（文字単位の加工）が終了すると（Ｓ１４で「Ｙ」）、制御部２２は、パルス信号の出力を停止し、レーザ発振器１０からレーザ光Ｌが出射されなくなる。
【００４２】
３．本実施形態の効果
レーザ発振器１０（レーザ光源）から出射されるレーザ光Ｌの温度を温度測定手段により測定し、測定された温度に基づきレーザ発振器１０（レーザ光源）の出力を所定の出力レベルに制御する構成とした場合、温度測定手段が周囲温度の影響を受けて実際のレーザ光Ｌの温度とは異なる温度を測定し、この異なる温度に基づいてレーザ発振器１０（レーザ光源）の出力を所定値とは異なる出力レベルに制御してしまうおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施形態によれば、レーザ光Ｌによる温度の影響をサーモパイル２０（温度測定手段）が受けないレーザ光Ｌの非出射時に、レーザ光Ｌの温度を測定する。そして、制御部２２（補正手段）により、レーザ光Ｌの出射時に測定される温度を、レーザ光Ｌの非出射時に測定される温度に基づき補正する。これにより、より周囲温度の影響を加味した値に補正された温度に基づきレーザ発振器１０（レーザ光源）の出力が所定の出力レベルに制御されるから、レーザ光Ｌの強度を一定に保つことができる。
【００４４】
また、レーザ発振器１０からのレーザ光の一部を直接サーモパイル２０が受光することにより温度を測定することができるから、例えば、レーザ光の受光部と温度測定手段とを非接触に配し、レーザ光の受光部から放射される温度を間接的に測定する構成と比較して、測定時の応答時間を短くすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、サーモパイル２０の受光面にレーザ光Ｌ１が照射されるから、比較的出力レベルの大きなレーザ光の温度を測定することができる。
【００４６】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態１では、レーザ発振器１０から加工対象物Ｗに向かう光路中から分岐したレーザ光Ｌの温度を測定する構成とした。実施形態２は、実施形態１の構成に加え、加工対象物Ｗで反射した光についても、反射光路中から反射レーザ光Ｌを分岐させ、分岐した反射レーザ光Ｌの温度を測定する構成としたものである。
【００４７】
具体的には、実施形態１の分光ミラー１４とガルバノミラーとの間の光路中に例えば、ダイクロイックミラーからなる分光ミラー３１（反射光分岐手段）を配する。そして、加工対象物Ｗで反射した光が加工対象物Ｗへの照射時に通った光路を戻るときに、分光ミラー３１を透過して光路を戻る反射レーザ光と、分光ミラー３１で反射して照射時に通った光路中から外れる反射レーザ光Ｌ３とに分岐させる。
【００４８】
このうち、分光ミラー３１で反射した反射レーザ光Ｌ３は、サーモパイル３２の受光面に受光され、このとき生じる温度に応じた信号がＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換されて制御部２２に出力され、制御部２２はかかるデジタル信号により反射レーザ光Ｌ３の温度を所定のタイミングで測定する。したがって、サーモパイル３２とＡ／Ｄ変換器３３と制御部２２とが本発明の反射光温度測定手段に相当する。
【００４９】
このように、分光ミラー３１（反射光分岐手段）により分岐された反射光がサーモパイル３２等（反射光温度測定手段）により測定されるかどうかで加工対象物Ｗにレーザ光Ｌが照射されているかどうかを検出できる。また、レーザ発振器１０（レーザ光源）から収束レンズ１６に向かうレーザ光Ｌの温度を測定するだけでなく、加工対象物Ｗからの反射光の温度も測定し、この測定した温度により、そのときの加工対象物Ｗの表面温度（加工対象物Ｗ表面の溶融度）を知ることができるから、最も加工に適した強度（加工するのに（最低限)必要な強度）のレーザ光Ｌが照射されるように、レーザ発振器１０（レーザ光源）の出力を制御することができる。
【００５０】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５１】
（１）上記実施形態では、レーザ光Ｌ１をサーモパイル２０により受光し、そのときの温度を測定する構成としたが、レーザ光を受光する素子としてはサーモパイルに限られない。例えば、熱電対の２種類の金属の接点部をレーザ光の光路中に配し、温度変化に応じて熱電対から出力される信号に基づき、レーザ発振器１０の出力を制御する構成としてもよい。
【００５２】
（２）上記実施形態では、レーザ光を分光ミラー１４，３１により分岐させ、分岐した光をサーモパイル２０，３２により受光し、サーモパイル２０，３２により直接的に得られるレーザ光の温度を測定する構成としたがこれに限られない。
例えば、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙの近傍（例えば、鏡面の裏方）に温度検出素子４１を配し（図１参照）、この温度検出素子４１によりガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙから放射される放射温度（間接的に得られる温度）を測定する構成としてもよい。
このようにすれば、分光ミラー１４（光分岐手段）により分岐させたレーザ光Ｌの温度を測定する構成と比較して、分光ミラー１４を設けなくてもレーザ光Ｌの温度を測定できるから、部品点数の削減が可能になる。
【００５３】
（３）上記実施形態では、周囲温度と補正係数とが対応付けられて（周囲温度と補正係数との対応関係を示すテーブルが）記憶部２４に記憶されることとしたが、これに限られない。例えば、周囲温度と補正係数との対応関係を示す演算式（例えば、１次関数）が記憶部２４に記憶されるようにし、測定した周囲温度を演算式に当てはめて補正係数を得るようにしてもよい。
【００５４】
（４）上記実施形態では、加工対象物Ｗの加工前（最初にマーキングする線要素の加工前ＰＡ）に周囲温度ＱＡを測定する構成としたが、これ以外のレーザ光Ｌの非投光時に周囲温度を測定するようにしてもよい。例えば、複数の文字等をマーキングするときに、文字単位ごとにそれぞれの文字の加工前（レーザ光Ｌの非投光時）に周囲温度を測定してもよく、また、マーキングする文字等の線要素単位ごとに（例えば、図４のレーザ光Ｌが非投光となる間隔Ｄ（Ｐ３〜Ｐ４））周囲温度を測定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１のレーザ加工装置の概略的構成を示す図
【図２】周囲温度と補正係数との関係を示す図
【図３】レーザ加工装置の出力制御時における制御部の処理を示すフローチャート
【図４】加工対象物にマーキングされる状態を示す図
【図５】実施形態２のレーザ加工装置の概略的構成を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１０…レーザ発振器（レーザ光源）
１１…光学系
１２…ビームエキスパンダ
１３…折り返しミラー
１４…分光ミラー（光分岐手段）
１５…ガルバノスキャナ
１５Ｘ，１５Ｙ…ガルバノミラー
１６…収束レンズ
２０，３２…サーモパイル
２１，３３…Ａ／Ｄ変換器
２２…制御部（制御手段，補正手段）
２３…入力手段
３１…分光ミラー（反射光分岐手段）
Ｗ…加工対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びその出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光源から出射されたレーザ光を収束レンズで収束させ、この収束した光を樹脂、木、金属等の加工対象物の表面を加熱し、表面を局部的に変色又は変形、溶融させることにより文字等のマーキングを行うレーザ加工装置が知られている。
【０００３】
この種のレーザ加工装置として、レーザ光源から出力されるレーザ光の強さ（出力レベル）を適切な範囲内に制御する自動パワー制御（ＡＰＣ制御）を行うものがある。
【０００４】
この自動パワー制御の方法としては、レーザ光源と収束レンズとの間の光路上に配されるビームスプリッタ等の光分岐手段によりレーザ光を加工対象物に向かう光路中から分岐させ、この分岐したレーザ光の受光量をフォトダイオードにより受光し、レーザ光の受光量に応じてレーザ光源から出射させるレーザ光の出力レベルを一定に維持するようにフィードバック制御を行うものがある（下記特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、ガラス等のマーキングには、レーザ光源として、炭酸ガスレーザ（ＣＯ２レーザ）が用いられているが、炭酸ガスレーザ（ＣＯ２レーザ）の波長（１０．６μｍ）はＹＡＧレーザの波長（１．０６μｍ）に比べて長く、フォトダイオードを用いたパワー検出が困難である。一般的なフォトダイオードの使用可能帯域に対して、炭酸ガスレーザの波長は長すぎるからである。
【０００６】
そこで、フォトダイオードとは異なるサーモパイル等の温度センサを有する温度測定手段を用い、レーザ光の強度をフォトダイオードにより光で検出（測定）するのではなく、レーザ光の強度を温度測定手段により温度（熱量）で検出（測定）することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光の出力（強度）を温度に基づき所定の出力レベルに制御する構成が考えられる。これにより、例えば、レーザ光源の劣化等により、レーザ光の出力レベルが低下した場合であっても、レーザ光源から出射させるレーザ光の出力レベルをフィードバック制御することができうる。
【特許文献１】特開２００３−５３５６４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、レーザ光源から出射されるレーザ光の温度を測定し、測定された温度に基づきレーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する構成とした場合、温度測定手段が周囲温度の影響を受けて実際のレーザ光の温度とは異なる温度として測定してしまい、測定された異なる温度（誤測定された温度）に基づいてレーザ光源の出力を所定値とは異なる出力レベルに制御するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、レーザ光の強度を所定の出力レベルに制御可能なレーザ加工装置及びその出力制御方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係るレーザ加工装置は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物に収束させる収束レンズと、
前記レーザ光源からのレーザ光の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する制御手段と、を備えるレーザ加工装置において、
前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により測定される温度を、前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により測定される温度に基づき補正する補正手段を備え、
前記制御手段は、前記補正手段により補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御する構成としたところに特徴を有する。
【００１０】
なお、レーザ光の温度を「直接的」に測定するものには、例えば、熱電対の２種類の金属の接点部をレーザ光の光路中に配することによりレーザ光の温度を測定する構成や、レーザ光源と収束レンズとの間の光路中に配されレーザ光源から収束レンズに向かうレーザ光を分岐させる光分岐手段を備える構成とし、前記光分岐手段により前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中から分岐されたレーザ光をの温度を温度測定手段により測定する構成が含まれる。一方、レーザ光の温度を「間接的」に測定するものには、例えば、ガルバノミラーを備える構成では、ガルバノミラーに照射されたレーザ光により、ガルバノミラーから放射状に広がる熱を、ガルバノミラーとは非接触で測定する構成が含まれる。つまり、光学部品等（例えば、実施例で言うと、折り返しミラー１３，収束レンズ（対物レンズ）１６等も含まれる）のレーザ光が通過・照射される部分（特定部位）の温度を非接触で測定する構成が含まれるということである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中に配され前記レーザ光源から前記収束レンズに向かうレーザ光を分岐させる光分岐手段を備え、
前記温度測定手段は、前記光分岐手段により前記光路中から分岐されたレーザ光の温度を測定するところに特徴を有する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記レーザ光源からのレーザ光を反射させて方向を変えるガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーを回動させるガルバノ駆動手段と、を備え、
前記ガルバノミラーで反射したレーザ光が収束レンズを介して加工対象物上に照射されるレーザ加工装置であって、
前記温度測定手段は、前記ガルバノミラーから放射される放射温度を測定するところに特徴を有する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中には、前記加工対象物からの反射光を分岐させる反射光分岐手段と、
前記反射光分岐手段により前記光路中から分岐された反射光の温度を測定する反射光温度測定手段と、を備えるところに特徴を有する。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記温度測定手段は、サーモパイルを備えて構成され、前記サーモパイルの受光面に前記レーザ光が照射されることにより変化する温度を測定するところに特徴を有する。
【００１５】
請求項６の発明に係るレーザ加工装置の出力制御方法は、レーザ光源からのレーザ光を光分岐手段により分岐させ、当該分岐されたレーザ光の温度を温度測定手段により測定し、当該測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御するレーザ加工装置の出力制御方法であって、
前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により温度を測定するとともに、前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により温度を測定し、前記レーザ光の出射時に測定された温度を、前記レーザ光の非出射時に測定された温度に基づき補正し、当該補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御する構成としたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１６】
＜請求項１及び請求項６の発明＞
レーザ光源から出射されるレーザ光の温度を温度測定手段により測定し、測定された温度に基づきレーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する構成とした場合、温度測定手段が周囲温度の影響を受けて実際のレーザ光の温度とは異なる温度を測定し、測定された異なる温度に基づいてレーザ光源の出力を所定値とは異なる出力レベルに制御してしまうおそれがある。
【００１７】
そこで、本構成によれば、レーザ光による温度の影響を温度測定手段が受けないレーザ光の非出射時に、レーザ光の温度を温度測定手段により測定する。そして、補正手段により、レーザ光の出射時に温度測定手段により測定される温度を、レーザ光の非出射時に温度測定手段により測定される温度に基づき補正する。これにより、より周囲温度の影響を加味した値に補正された温度に基づきレーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御することができる。
【００１８】
＜請求項２の発明＞
本構成によれば、レーザ光源からのレーザ光の一部を温度測定手段が直接受光することにより温度を測定することができるから、例えば、レーザ光の受光部と温度測定手段とを非接触に配し、間接的に温度を測定する構成と比較して、測定時の応答時間を短くすることができる。
【００１９】
＜請求項３の発明＞
本構成によれば、例えば、光分岐手段により分岐させたレーザ光の温度を測定する構成と比較して、光分岐手段を設けなくても温度を測定できるから、部品点数の削減が可能になる。
【００２０】
＜請求項４の発明＞
本構成によれば、反射光分岐手段により分岐された反射光が反射光温度測定手段により測定されるかどうかで加工対象物にレーザ光が照射されているかどうかを検出できる。また、レーザ光源から収束レンズに向かうレーザ光の温度を測定するだけでなく、加工対象物からの反射光の温度も測定し、この測定した温度により、そのときの加工対象物の表面温度（加工対象物表面の溶融度）を知ることができるから、最も加工に適した強度（加工するのに（最低限)必要な強度）のレーザ光が照射されるように、レーザ光源の出力を制御することができる。
【００２１】
＜請求項５の発明＞
本構成によれば、サーモパイルの受光面にレーザ光が照射されるから、比較的出力レベルの大きなレーザ光の温度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
以下、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態１を図１〜図４を参照しつつ説明する。
１．レーザ加工装置の構成
レーザ加工装置は、図１に示すように、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０からのレーザ光Ｌを所定の光路から加工対象物Ｗに導く光学系１１と、与えられた温度に応じた信号を出力するサーモパイル２０と、サーモパイル２０からの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、制御部２２（制御手段）とを備えて構成されている。そして、レーザ光が加工対象物Ｗに照射されることにより文字・図形・記号等）が加工対象物Ｗ上に加工（マーキング）されるものである。
【００２３】
レーザ発振器１０（本発明の「レーザ光源」に相当）は、制御部２２からパルス信号を受けるとレーザ発振器１０内の炭酸ガスを励起し、レーザ光Ｌ（ＣＯ２レーザ）を出射するようになっている。
【００２４】
光学系１１は、レーザ発振器１０からのレーザ光Ｌのビーム径を拡大するビームエキスパンダ１２と、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌを直交する方向に反射する折り返しミラー（ベントミラー）１３と、折り返しミラー１３からの光を透過する光と反射する光とに分岐する分光ミラー（部分透過ミラー）１４と、ガルバノスキャナ１５と、対物レンズである収束レンズ１６とを備えて構成されている。なお、折り返しミラー（ベントミラー）１３については、特に設けられている必要はなく、例えば、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌを直接分光ミラー（部分透過ミラー）１４に導く（ビームエキスパンダ１２から出射される光の進行方向に分光ミラー１４が配される）構成でもよい。
【００２５】
分光ミラー１４（本発明の「光分岐手段」に相当）は、例えば、ビームスプリッタ（部分透過ミラー）から構成され、折り返しミラー１３からのレーザ光Ｌを、透過するレーザ光Ｌ１と反射するレーザ光Ｌ２とに分岐するようになっており、このうち透過した（レーザ光Ｌの一部の光量の）レーザ光Ｌ１は、サーモパイル（温度検出素子）２０の受光面（図示しない）に照射されるようになっている。一方、反射したレーザ光Ｌ２は、ガルバノスキャナ１５側に向かうようになっている。
【００２６】
ガルバノスキャナ１５は、一対のガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを備えており、ガルバノ駆動手段（図示しない）が制御部２２からの信号に応じて駆動すると、両ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙが回動し、直交する２方向（ＸＹ方向）におけるレーザ光Ｌの向きが調整される。その結果、収束レンズ１６を透過したレーザ光Ｌのレーザスポットが加工対象物Ｗ上のいずれの位置にも移動可能となっている。なお、収束レンズ１６は例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙで反射されたレーザ光Ｌを収束して加工対象物Ｗ上にレーザ光Ｌのレーザスポットを形成する。
【００２７】
サーモパイル２０は、与えられる温度（熱量：ここで言う「温度」とは、サーモパイル２０に与えられる熱量、つまり、エネルギー量を含む意味である）に応じた起電力を出力する素子であり、その平坦な受光面（図示しない）に分光ミラー１４を透過したレーザ光Ｌ１が受光可能になっている。これにより、加工対象物Ｗの非加工時（レーザ光の非出射（非投光）時）には、周囲温度ＱＡに応じた起電力がサーモパイル２０から出力されるとともに、加工対象物Ｗの加工時には、周囲温度ＱＡ及び受光面に受光されたレーザ光Ｌの熱の両方（加算した両方）の温度（熱量）による起電力がサーモパイル２０から出力されるようになっている。そして、サーモパイル２０から出力される起電力はＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号に変換されて制御部２２に出力される。
【００２８】
制御部２２は、コンソール等の入力手段２３と接続されており、入力手段２３により設定されたレーザ光Ｌの強度（出力レベル）に応じた信号が受信されるようになっている。そして、レーザ光Ｌの強度に応じた信号を制御部２２が受けると、設定された強度のレーザ光Ｌが出射されるために必要なパルス信号のデューティ比を算出し、このパルス信号をレーザ発振器１０に送信する。これにより、入力手段２３での設定値に応じて、レーザ発振器１０から出射されるレーザ光Ｌの出力レベルが変更可能になっている。
【００２９】
制御部２２は、加工対象物Ｗの加工前（レーザ光の非投光時）に、Ａ／Ｄ変換器２１から出力される周囲温度に応じた情報（デジタル信号）を取り込むようになっている。ここで、図２に示すように、多数の異なる周囲温度℃（熱量cal）のそれぞれと対応付けられた補正係数が予め記憶部２４に記憶されており、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工前に測定した周囲温度ＱＡに応じた補正係数（例えば、周囲温度２０℃を測定したときには補正係数Ｎ）を記憶部２４から読み出し、この補正係数をメモリ（図示しない）に記憶する。
【００３０】
また、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工時（レーザ光Ｌの出射（投光）時）に、Ａ／Ｄ変換器２１から出力される温度ＱＫ（Ｋは測定された順番を示す）の情報を所定のタイミングごとに取り込むようになっている。そして、この加工対象物Ｗの加工時に取り込んだ温度ＱＫ（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３・・・）に、加工対象物Ｗの加工前（レーザ光Ｌの非投光時）にメモリに記憶した補正係数を与え（乗算する）、周囲温度ＱＫの影響を受けない（影響を加味した）場合の温度ＱＫ’を求める。したがって、ここで求めた温度ＱＫ’が実際のレーザ光Ｌの強度に正確に対応する温度となる。
【００３１】
そして、制御部２２は、加工対象物Ｗの加工時（レーザ光Ｌの投光時）に前後に連続して測定される温度に差ＱＸ（＝ＱＫ’−Ｑ（Ｋ’−１））が生じたときには、この差ＱＸがレーザ発振器１０の劣化等により生じるレーザ光Ｌの出力レベルの変動であるから、かかるレーザ光の出力レベルの変動分だけレーザ発振器１０から出力されるレーザ光Ｌの強度（出力レベル）の制御（フィードバック制御）を行う。
【００３２】
２．レーザマーキング装置の出力制御
次に、レーザマーキング装置の出力制御について図３，図４を参照しつつ説明する。なお、ここでは、図４に示すように、加工対象物Ｗ上に文字Ａを印字する場合を例に挙げて説明する。
作業者により、マーキング開始の操作がコンソール等の入力手段２３にされると、マーキング開始のトリガ信号が制御部２２に送出される。
【００３３】
制御部２２は、マーキング開始のトリガ信号を受けると（図３のＳ１）、温度の測定回数のカウントを初期化する（Ｓ２）。また、温度ＱＡ（周囲温度）に応じてサーモパイル２０からの信号がＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号として出力されており、制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されるデジタル信号を所定のタイミングで取り込み、この取り込んだデジタル信号によりレーザ加工前（レーザ光の非出射（非投光）時）の周囲温度ＱＡを測定する（Ｓ３。このとき図４のＰＡの位置が非投光のスポット位置）。
そして、記憶部２４に記憶されている温度と補正係数の対応表（テーブル）を読み出し、周囲温度ＱＡと対応する補正係数をメモリに記憶する（Ｓ４）。
【００３４】
次に、制御部２２は、ガルバノ駆動手段に信号を送出し、マーキング開始位置にスポットが形成されるようにガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを回動させ（スポット位置が図４のＰ１となる位置）、マーキング開始位置にて予め設定した強度（出力レベル）に応じたデューティ比のパルス信号をレーザ発振器１０に送出し、レーザ発振器１０からレーザ光Ｌをパルス発振させるとともに（Ｓ５）、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを回動させてマーキングすべき所定の経路（図４の点線方向の経路）を走査させる（マーキングさせる）。次に、温度の測定回数のカウントを１加算するとともに（Ｓ６）、レーザ投光時の温度に応じてサーモパイル２０から出力される信号がＡ／Ｄ変換器２１を介してデジタル信号として制御部２２に出力されているから、制御部２２は、かかるデジタル信号を取り込み、このデジタル信号によりレーザ加工時（レーザ光の出射（投光）時）の温度ＱＫを測定する（Ｓ７）。
【００３５】
そして、制御部２２は、レーザ加工前（非投光時）に記憶部２４に記憶した補正係数を読み出し、読み出した補正係数をレーザ加工時（投光時）の温度ＱＫに与えて（乗算して）、周囲温度ＱＡに応じてより正確にレーザ光Ｌの出力レベルに対応するように補正した温度ＱＫ’を求め（Ｓ８）、温度ＱＫ’をメモリに記憶する。
【００３６】
次に、制御部２２は、レーザ加工時に温度ＱＫを測定した回数が２回目以降かどうかを判定し、１回目（ＱＫ＝Ｑ１）であるときには（Ｓ９で「Ｎ」）、温度の測定回数のカウントを１加算し（Ｓ６）、再びレーザ加工時（投光時）の温度ＱＫ（＝Ｑ２）を測定するとともに（Ｓ７）、補正した温度ＱＫ’（Ｑ２’）を求め（Ｓ８）、温度ＱＫ’（Ｑ２’）をメモリに記憶する。
【００３７】
一方、制御部２２は、温度ＱＫを測定した回数が２回目以降であるときには（Ｓ９で「Ｙ」）、制御部２２は、前回補正（測定）した温度Ｑ（Ｋ’−１）と、今回補正（測定）した温度ＱＫ’とが異なるかどうか(又は所定値以上異なるかどうか）を判定する（Ｓ１０）。
【００３８】
温度Ｑ（Ｋ’−１）と温度ＱＫ’とが等しいときには（Ｓ１０で「Ｎ」）、レーザ発振器１０から出射されるレーザ光の強度（出力レベル）に変化が生じていないということであるから、線要素単位（Ａ１及びＡ２）の加工が終了（終了位置Ｐ２に到達）しなければ（Ｓ１３で「Ｎ」）、温度の測定回数のカウントを１加算し（Ｓ６）、所定タイミング後に、再びレーザ加工時（投光時）の温度ＱＫを測定するとともに、補正した温度ＱＫ’を求め、温度ＱＫ’をメモリに記憶する（Ｓ７〜Ｓ９で「Ｙ」）。
【００３９】
一方、温度Ｑ（Ｋ’−１）と温度ＱＫ’とが異なるときには（Ｓ１０で「Ｙ」）、今回補正（測定）した温度ＱＫ’と前回補正（測定）した温度Ｑ（Ｋ’−１）との差ＱＸ（ＱＫ’−Ｑ（Ｋ’−１））を求める（Ｓ１１）。この差ＱＸが前回のレーザ光Ｌの出力レベルと今回のレーザ光Ｌの出力レベルとの差（レーザ強度の変動量）に対応するから、制御部２２は、差ＱＸに応じてレーザ発振器１０に送出するパルス信号のデューティ比を変更する（Ｓ１２）。これにより、レーザ光の強度が変動したときには、変動した分だけレーザ発振器１０から出力されるレーザ光Ｌの強度（出力レベル）が変更（フィードバック制御）され、加工対象物Ｗに照射されるレーザ光の強度が一定に保たれる。なお、ここでは、パルスデューティ比を変えることによりレーザ光の強度（出力レベル・レーザパワー）を変える構成であったが、これに限らず、レーザ発振器１０に送出するパルス信号（レーザ光源を制御するパルス）の波高値（ピークレベル）を変更することで、レーザ光の強度（出力レベル・レーザパワー）を変える構成であってもよい。
【００４０】
そして、線要素単位（Ａ１及びＡ２）の加工が終了するまで（Ｐ３の位置に達するまで，Ｓ１３で「Ｎ」）、レーザ加工時の測定が所定タイミングごとに繰り返し行われ、レーザ光の出力レベルが変動すると、その都度レーザ光Ｌの強度（出力レベル）を変更（フィードバック制御）することにより（Ｓ６〜Ｓ１２）、加工対象物Ｗに照射されるレーザ光の強度が一定に保たれる。
そして、線要素単位（Ａ１及びＡ２）の加工が終了すると（Ｓ１３で「Ｙ」）、次の線要素（Ａ３）についても同様にレーザ加工時における上記した温度測定及び温度補正の処理を行い（Ｓ１４で「Ｎ」，Ｓ３〜Ｓ１３）、
【００４１】
そして、マーキングする全ての線要素（Ａ１〜Ａ３）の加工（文字単位の加工）が終了すると（Ｓ１４で「Ｙ」）、制御部２２は、パルス信号の出力を停止し、レーザ発振器１０からレーザ光Ｌが出射されなくなる。
【００４２】
３．本実施形態の効果
レーザ発振器１０（レーザ光源）から出射されるレーザ光Ｌの温度を温度測定手段により測定し、測定された温度に基づきレーザ発振器１０（レーザ光源）の出力を所定の出力レベルに制御する構成とした場合、温度測定手段が周囲温度の影響を受けて実際のレーザ光Ｌの温度とは異なる温度を測定し、この異なる温度に基づいてレーザ発振器１０（レーザ光源）の出力を所定値とは異なる出力レベルに制御してしまうおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施形態によれば、レーザ光Ｌによる温度の影響をサーモパイル２０（温度測定手段）が受けないレーザ光Ｌの非出射時に、レーザ光Ｌの温度を測定する。そして、制御部２２（補正手段）により、レーザ光Ｌの出射時に測定される温度を、レーザ光Ｌの非出射時に測定される温度に基づき補正する。これにより、より周囲温度の影響を加味した値に補正された温度に基づきレーザ発振器１０（レーザ光源）の出力が所定の出力レベルに制御されるから、レーザ光Ｌの強度を一定に保つことができる。
【００４４】
また、レーザ発振器１０からのレーザ光の一部を直接サーモパイル２０が受光することにより温度を測定することができるから、例えば、レーザ光の受光部と温度測定手段とを非接触に配し、レーザ光の受光部から放射される温度を間接的に測定する構成と比較して、測定時の応答時間を短くすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、サーモパイル２０の受光面にレーザ光Ｌ１が照射されるから、比較的出力レベルの大きなレーザ光の温度を測定することができる。
【００４６】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態１では、レーザ発振器１０から加工対象物Ｗに向かう光路中から分岐したレーザ光Ｌの温度を測定する構成とした。実施形態２は、実施形態１の構成に加え、加工対象物Ｗで反射した光についても、反射光路中から反射レーザ光Ｌを分岐させ、分岐した反射レーザ光Ｌの温度を測定する構成としたものである。
【００４７】
具体的には、実施形態１の分光ミラー１４とガルバノミラーとの間の光路中に例えば、ダイクロイックミラーからなる分光ミラー３１（反射光分岐手段）を配する。そして、加工対象物Ｗで反射した光が加工対象物Ｗへの照射時に通った光路を戻るときに、分光ミラー３１を透過して光路を戻る反射レーザ光と、分光ミラー３１で反射して照射時に通った光路中から外れる反射レーザ光Ｌ３とに分岐させる。
【００４８】
このうち、分光ミラー３１で反射した反射レーザ光Ｌ３は、サーモパイル３２の受光面に受光され、このとき生じる温度に応じた信号がＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換されて制御部２２に出力され、制御部２２はかかるデジタル信号により反射レーザ光Ｌ３の温度を所定のタイミングで測定する。したがって、サーモパイル３２とＡ／Ｄ変換器３３と制御部２２とが本発明の反射光温度測定手段に相当する。
【００４９】
このように、分光ミラー３１（反射光分岐手段）により分岐された反射光がサーモパイル３２等（反射光温度測定手段）により測定されるかどうかで加工対象物Ｗにレーザ光Ｌが照射されているかどうかを検出できる。また、レーザ発振器１０（レーザ光源）から収束レンズ１６に向かうレーザ光Ｌの温度を測定するだけでなく、加工対象物Ｗからの反射光の温度も測定し、この測定した温度により、そのときの加工対象物Ｗの表面温度（加工対象物Ｗ表面の溶融度）を知ることができるから、最も加工に適した強度（加工するのに（最低限)必要な強度）のレーザ光Ｌが照射されるように、レーザ発振器１０（レーザ光源）の出力を制御することができる。
【００５０】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５１】
（１）上記実施形態では、レーザ光Ｌ１をサーモパイル２０により受光し、そのときの温度を測定する構成としたが、レーザ光を受光する素子としてはサーモパイルに限られない。例えば、熱電対の２種類の金属の接点部をレーザ光の光路中に配し、温度変化に応じて熱電対から出力される信号に基づき、レーザ発振器１０の出力を制御する構成としてもよい。
【００５２】
（２）上記実施形態では、レーザ光を分光ミラー１４，３１により分岐させ、分岐した光をサーモパイル２０，３２により受光し、サーモパイル２０，３２により直接的に得られるレーザ光の温度を測定する構成としたがこれに限られない。
例えば、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙの近傍（例えば、鏡面の裏方）に温度検出素子４１を配し（図１参照）、この温度検出素子４１によりガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙから放射される放射温度（間接的に得られる温度）を測定する構成としてもよい。
このようにすれば、分光ミラー１４（光分岐手段）により分岐させたレーザ光Ｌの温度を測定する構成と比較して、分光ミラー１４を設けなくてもレーザ光Ｌの温度を測定できるから、部品点数の削減が可能になる。
【００５３】
（３）上記実施形態では、周囲温度と補正係数とが対応付けられて（周囲温度と補正係数との対応関係を示すテーブルが）記憶部２４に記憶されることとしたが、これに限られない。例えば、周囲温度と補正係数との対応関係を示す演算式（例えば、１次関数）が記憶部２４に記憶されるようにし、測定した周囲温度を演算式に当てはめて補正係数を得るようにしてもよい。
【００５４】
（４）上記実施形態では、加工対象物Ｗの加工前（最初にマーキングする線要素の加工前ＰＡ）に周囲温度ＱＡを測定する構成としたが、これ以外のレーザ光Ｌの非投光時に周囲温度を測定するようにしてもよい。例えば、複数の文字等をマーキングするときに、文字単位ごとにそれぞれの文字の加工前（レーザ光Ｌの非投光時）に周囲温度を測定してもよく、また、マーキングする文字等の線要素単位ごとに（例えば、図４のレーザ光Ｌが非投光となる間隔Ｄ（Ｐ３〜Ｐ４））周囲温度を測定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１のレーザ加工装置の概略的構成を示す図
【図２】周囲温度と補正係数との関係を示す図
【図３】レーザ加工装置の出力制御時における制御部の処理を示すフローチャート
【図４】加工対象物にマーキングされる状態を示す図
【図５】実施形態２のレーザ加工装置の概略的構成を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１０…レーザ発振器（レーザ光源）
１１…光学系
１２…ビームエキスパンダ
１３…折り返しミラー
１４…分光ミラー（光分岐手段）
１５…ガルバノスキャナ
１５Ｘ，１５Ｙ…ガルバノミラー
１６…収束レンズ
２０，３２…サーモパイル
２１，３３…Ａ／Ｄ変換器
２２…制御部（制御手段，補正手段）
２３…入力手段
３１…分光ミラー（反射光分岐手段）
Ｗ…加工対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物に収束させる収束レンズと、
前記レーザ光源からのレーザ光の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する制御手段と、を備えるレーザ加工装置において、
前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により測定される温度を、前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により測定される温度に基づき補正する補正手段を備え、
前記制御手段は、前記補正手段により補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中に配され前記レーザ光源から前記収束レンズに向かうレーザ光を分岐させる光分岐手段を備え、
前記温度測定手段は、前記光分岐手段により前記光路中から分岐されたレーザ光の温度を測定することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ光源からのレーザ光を反射させて方向を変えるガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーを回動させるガルバノ駆動手段と、を備え、
前記ガルバノミラーで反射したレーザ光が収束レンズを介して加工対象物上に照射されるレーザ加工装置であって、
前記温度測定手段は、前記ガルバノミラーから放射される放射温度を測定することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中には、前記加工対象物からの反射光を分岐させる反射光分岐手段と、
前記反射光分岐手段により前記光路中から分岐された反射光の温度を測定する反射光温度測定手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記温度測定手段は、サーモパイルを備えて構成され、前記サーモパイルの受光面に前記レーザ光が照射されることにより変化する温度を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ光源からのレーザ光を光分岐手段により分岐させ、当該分岐されたレーザ光の温度を温度測定手段により測定し、当該測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御するレーザ加工装置の出力制御方法であって、
前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により温度を測定するとともに、前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により温度を測定し、前記レーザ光の出射時に測定された温度を、前記レーザ光の非出射時に測定された温度に基づき補正し、当該補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御することを特徴とするレーザ加工装置の出力制御方法。
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物に収束させる収束レンズと、
前記レーザ光源からのレーザ光の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御する制御手段と、を備えるレーザ加工装置において、
前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により測定される温度を、前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により測定される温度に基づき補正する補正手段を備え、
前記制御手段は、前記補正手段により補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中に配され前記レーザ光源から前記収束レンズに向かうレーザ光を分岐させる光分岐手段を備え、
前記温度測定手段は、前記光分岐手段により前記光路中から分岐されたレーザ光の温度を測定することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ光源からのレーザ光を反射させて方向を変えるガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーを回動させるガルバノ駆動手段と、を備え、
前記ガルバノミラーで反射したレーザ光が収束レンズを介して加工対象物上に照射されるレーザ加工装置であって、
前記温度測定手段は、前記ガルバノミラーから放射される放射温度を測定することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光源と前記収束レンズとの間の光路中には、前記加工対象物からの反射光を分岐させる反射光分岐手段と、
前記反射光分岐手段により前記光路中から分岐された反射光の温度を測定する反射光温度測定手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記温度測定手段は、サーモパイルを備えて構成され、前記サーモパイルの受光面に前記レーザ光が照射されることにより変化する温度を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ光源からのレーザ光を光分岐手段により分岐させ、当該分岐されたレーザ光の温度を温度測定手段により測定し、当該測定された温度に基づいて前記レーザ光源の出力を所定の出力レベルに制御するレーザ加工装置の出力制御方法であって、
前記レーザ光の非出射時に前記温度測定手段により温度を測定するとともに、前記レーザ光の出射時に前記温度測定手段により温度を測定し、前記レーザ光の出射時に測定された温度を、前記レーザ光の非出射時に測定された温度に基づき補正し、当該補正された温度に基づき前記レーザ光源の出力を前記所定の出力レベルに制御することを特徴とするレーザ加工装置の出力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２８１２５０（Ｐ２００６−２８１２５０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０２４１０（Ｐ２００５−１０２４１０）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）サンクス株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）サンクス株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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