レーザ発振器を備えたレーザ加工機
【課題】大型化および複雑化することなしに、レーザの光強度分布データを測定する。
【解決手段】レーザ加工機（１００）のレーザ発振器（２）は、放電作用によりレーザガスを励起する放電管（９）と、部分透過性を有していて放電管内においてレーザを増幅するリア鏡（６）および出力鏡（８）と、リア鏡の後方に配置された部分反射鏡（１１）と、部分反射鏡により反射されたレーザおよび部分反射鏡を通過したレーザのうちの一方の出力を検出するレーザ検出部（５）と、部分反射鏡により反射されたレーザおよび部分反射鏡を通過したレーザのうちの他方を受光して受光面（１２ａ）におけるレーザの光強度分布データを測定するプロファイラ（１２）とを含む。
【解決手段】レーザ加工機（１００）のレーザ発振器（２）は、放電作用によりレーザガスを励起する放電管（９）と、部分透過性を有していて放電管内においてレーザを増幅するリア鏡（６）および出力鏡（８）と、リア鏡の後方に配置された部分反射鏡（１１）と、部分反射鏡により反射されたレーザおよび部分反射鏡を通過したレーザのうちの一方の出力を検出するレーザ検出部（５）と、部分反射鏡により反射されたレーザおよび部分反射鏡を通過したレーザのうちの他方を受光して受光面（１２ａ）におけるレーザの光強度分布データを測定するプロファイラ（１２）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器からレーザを射出して被加工物を加工するレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機にはレーザ発振器が搭載されている。レーザ発振器から射出されたレーザは全反射鏡によりワークに向けて反射され、それにより、ワークを加工、例えば切断、溶接している。
【０００３】
レーザ発振器を保守するときに全反射鏡またはレーザ発振器内の部分反射鏡を交換することがある。そのような場合には、全反射鏡および／または部分反射鏡の調整と真空系のエージングとを加工が可能な状態になるまで行い、レーザ発振器から射出されるレーザがワーク上の加工点まで導かれるか否かを確認する必要がある。
【０００４】
ワークを加工した後でエージング不足などが判明した場合にはレーザ発振器の保守をやり直す必要があるので、通常はエージングが完了するのに十分な時間をかけてエージングなどを行うようにしている。このため、レーザ発振器を保守して再起動するまでに、多大な時間が浪費されることになる。
【０００５】
さらに、全反射鏡および／または部分反射鏡の角度調整はアクリルブロックにレーザ光を直接当ててアクリルブロックのやけ具合を操作者が目視で判断することにより行われている。このため、定量的な判断が難しく、操作者の熟練度によって全反射鏡および／または部分反射鏡の角度が異なる事態も生じていた。
【０００６】
このように、従来技術におけるエージング作業ならびに全反射鏡および／または部分反射鏡の角度調整作業は極めて非効率的であり、これらを定量的に行う潜在的な要求がある。
【０００７】
ところで、レーザの光強度分布データを測定するためにプロファイラが利用されることがある。プロファイラの受光面がレーザを受光し、二次元での光強度分布データを測定する。例えば特許文献１に開示されるレーザ加工機は、レーザ発振器と、加工ステーションと、レーザ発振器外部に位置するプロファイラとを含んでいる。レーザ発振器から射出されたレーザは、角度調整式反射ミラーを内蔵した切換機構によりその方向が変更されて、プロファイラに入力される。プロファイラで検出された信号は共振器のアライメントにフィードバックされる。また、特許文献１においては、プロファイラの後方にパワーメータが配置されている。パワーメータは、プロファイラを通過したレーザのパワーを検出して、レーザ光のパワーが正常であるかどうかを判定するのに使用される。そして、例えばパワー不足であると判定された場合には、レーザのパワーをレーザ電源にフィードバックする。そして、レーザが安定化すると、切換機構を動作させ、加工ステーションにレーザを伝達して、ワークが加工される。
【特許文献１】特開平０１−２１８７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１においてはレーザ発振器の出力鏡から射出されたレーザを計測しているので、レーザ加工機は、レーザ発振器の外部にプロファイラおよびパワーメータを備える必要がある。このため、引用文献１では、光学系が複雑になって、加工の安定性が低下すると共に、レーザ加工機全体が大型化しやすい、という問題があった。
【０００９】
また、一般に、リア鏡から射出される場合と比較すると、出力鏡から射出されるレーザの強度は非常に高く、プロファイラに入力する前にレーザの強度を大幅に減衰する必要がある。このようなことによって、光学系はより複雑になると共に、レーザ加工機はより大型化することになる。さらに、特許文献１に開示されるようにレーザ加工機が複数の切換機構を含んでいる場合には、切換動作の制御が複雑になるという問題もあった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、大型化および複雑化することなしに、レーザの光強度分布データを測定することの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】
【００１１】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、レーザ発振器からレーザを射出して被加工物を加工するレーザ加工機において、前記レーザ発振器は、放電作用によりレーザガスを励起する放電管と、部分透過性を有していて前記放電管内においてレーザを増幅するリア鏡および出力鏡と、前記リア鏡の後方に配置された部分反射鏡と、該部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの一方の出力を検出するレーザ検出部と、前記部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの他方を受光して受光面における前記レーザの光強度分布データを測定するプロファイラと、を具備するレーザ加工機が提供される。
【００１２】
すなわち１番目の発明においては、リア鏡とレーザ検出部との間またはリア鏡とプロファイラとの間に部分反射鏡を挿入している。このため、リア鏡から射出されたレーザの出力が検出されると共に、そのようなレーザの光強度分布データが測定される。つまり、プロファイラとレーザ出力センサとをレーザ発振器の内部に配置でき、またレーザの光路を切換える必要がないので、切換機構を排除できる。従って、レーザ加工機が大型化および複雑化することはない。また、このような部分反射鏡は既存のレーザ加工機に挿入できるので、既存のレーザ加工機を容易かつ安価に改良することもできる。
【００１３】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記プロファイラは前記受光面における前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データを異なる時刻において測定しており、前記レーザ加工機は、さらに、前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データに基づいて、前記レーザが出力可能であるか否かを判定する判定部を具備する。
すなわち２番目の発明においては、レーザ加工機のレーザが被加工物を加工できる状態にあるか否か、つまりエージングが完了したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。従って、保守を行う際のレーザ加工機の停止時間を最小限にできる。
【００１４】
３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記部分反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する。
すなわち３番目の発明においては、部分反射鏡が劣化したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。さらに、部分反射鏡の保守を行うタイミングを適切に把握し、保守頻度を低減することができる。
【００１５】
４番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、前記全反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する。
すなわち４番目の発明においては、全反射鏡が劣化したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。さらに、全反射鏡の保守を行うタイミングを適切に把握し、保守頻度を低減することができる。
【００１６】
５番目の発明によれば、３番目または４番目の発明において、さらに、前記劣化判定部により劣化が判定された場合には、アラームを出力するアラーム出力部を具備する。
すなわち５番目の発明においては、アラームを出力することにより操作者に注意を促すことができる。
【００１７】
６番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記部分反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、該調整判定部により前記部分反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記部分反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する。
すなわち６番目の発明においては、部分反射鏡の角度を調整する必要があるか否かを定量的に判定でき、部分反射鏡の角度調整量を容易に求めることができる。さらに、部分反射鏡の保守に要する時間を短縮すると共に、操作者の熟練度に応じて角度が異なる事態が生じるのを避けることができる。
【００１８】
７番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、前記全反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、該調整判定部により前記全反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記全反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する。
すなわち７番目の発明においては、全反射鏡の角度を調整する必要があるか否かを定量的に判定でき、全反射鏡の角度調整量を容易に求めることができる。さらに、全反射鏡の保守に要する時間を短縮すると共に、操作者の熟練度に応じて角度が異なる事態が生じるのを避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくレーザ加工機の略図である。レーザ加工機１００は主に金属加工用に用いられ、レーザ発振器２と、被加工ワーク２０を加工する加工部署４０とを含んでいる。レーザ発振器２は放電励起型である比較的高出力のガスレーザ発振器、例えば出力１ｋＷ以上の炭酸ガスレーザである。図１に示されるように、これらレーザ発振器２と加工部署４０とは制御装置１を介して互いに電気的に接続されている。
【００２０】
図１に示されるように、レーザ発振器２はレーザガスが充填された放電管９を含んでいる。放電管９の一端には部分透過性を有するリア鏡６（共振器内部ミラー）が設けられており、放電管９の他端には部分透過性を有する出力鏡８が設けられている。出力鏡８はＺｎＳｅから形成されており、出力鏡８の内面は部分反射コーティングされると共に出力鏡８の外面は無反射コーティングされている。リア鏡６の後方には、レーザ出力センサ５が配置されている。レーザ出力センサ５は、部分透過性を有するリア鏡６を透過したレーザの出力を検出する。
【００２１】
図示されるように、一対の放電電極７ａ、７ｂが放電管９を挟むように配置されている。これら放電電極７ａ、７ｂの間には放電セクションが形成される。放電電極７ａ、７ｂは同一寸法であって、金属メタライズされているか、または金属部材が取付けられている。図１に示されるように、放電電極７ｂはマッチング回路３を介してレーザ電源４に接続されている。
【００２２】
放電電極７ａ、７ｂが所定の電圧、例えば数百ｋＨｚから数十ＭＨｚの交流電圧を印加すると、レーザガスが励起され、それにより、レーザビームが発生する。周知の原理により、レーザビームは放電管９の光共振空間で増幅され、出力鏡８を通じてレーザビームが射出される。
【００２３】
レーザ発振器２の出力鏡８から出力されたレーザビームは加工部署４０に入射する。加工部署４０においては入射されたレーザを反射する少なくとも一つの全反射鏡４１を含んでいる。また、被加工ワーク２０は、水平方向に移動可能な加工テーブル４３に載置されている。反射されたレーザは、図示しない集光レンズおよび加工ヘッドを通って加工テーブル４３上の被加工ワーク２０に照射され、それにより、被加工ワーク２０が加工されるようになる。
【００２４】
図１のレーザ発振器２を再び参照すると、リア鏡６およびレーザ出力センサ５の間には、部分反射鏡１１が配置されている。放電管９内で励起されたレーザはリア鏡６を透過して、部分反射鏡１１に入射される。レーザの一部分は部分反射鏡１１を通過して、レーザ出力センサ５に入射される。図１から分かるように、レーザの残りの部分は部分反射鏡１１により反射され、プロファイラ１２に入射される。
【００２５】
プロファイラ１２はレーザを受光する受光面１２ａを含んでいて、受光面１２ａにおけるレーザの光強度分布を測定する。さらに、レーザ発振器２はプロファイラ１２のデータを受信して解析演算するサブプロセッサ１３を含んでいる。また、記憶部１４には、サブプロセッサ１３の演算結果が一時的に記憶される。
【００２６】
さらに、図１に示される制御装置１はデジタルコンピュータであり、メインプロセッサ２３（ＣＰＵ）と、記憶部２４とを主に含んでいる。記憶部２４は、レーザ発振器２を駆動するためのプログラム、および後述する各種データを記憶している。
【００２７】
図示されるように、制御装置１のメインプロセッサ２３は、測定された光強度分布に基づいてレーザ発振器２のエージングが完了したか否かを判定する判定部３１を含んでいる。さらに、メインプロセッサ２３は、測定された光強度分布と、部分反射鏡１１が劣化したときの光強度分布とに基づいて部分反射鏡１１が劣化したか否かを判定する劣化判定部３２を含んでいる。さらに、この劣化判定部３２は、測定された光強度分布と、全反射鏡４１が劣化したときの光強度分布とに基づいて全反射鏡４１が劣化したか否かを判定することもできる。
【００２８】
また、メインプロセッサ２３は、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の角度と測定された光強度分布との間の関係、および測定された光強度分布に基づいて、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の角度を調整するか否かを判定する調整判定部３３を含んでいる。また、部分反射鏡１１の角度を調整する必要があると判定された場合には、メインプロセッサ２３の算出部３４が部分反射鏡１１の角度調整量を算出する。なお、部分反射鏡１１の角度はステップモータ１１ａにより調整されるものとする。
【００２９】
図示されるように、本発明においては、部分反射鏡１１により反射されたレーザがプロファイラ１２に入射されるように部分反射鏡１１がレーザ出力センサ５とリア鏡６との間に配置されている。このため、リア鏡６から射出されたレーザの出力がレーザ出力センサ５により検出され、リア鏡６から射出されたレーザの光強度分布データがプロファイラ１２により測定される。
【００３０】
このような構成であるので、本発明においては、プロファイラ１２とレーザ出力センサ５とをレーザ発振器２の内部に配置できる。さらに、本発明においては、レーザの光路を切換える必要がないので、切換機構を排除できる。従って、本発明においては、レーザ加工機１００が大型化および複雑化することなしに、レーザの光強度分布を測定することが可能である。なお、部分反射鏡１１をレーザ加工機のレーザ出力センサ５とリア鏡６との間に挿入すれば本発明の構成を実現できるので、本発明の構成によって既存のレーザ加工機を容易かつ安価に改良することができる。
【００３１】
以下、本発明のレーザ加工機１００の保守を行った後のエージング処理について説明する。図２（ａ）は、プロファイラ１２の受光面１２ａの概念図である。図２（ａ）に示されるように、受光面１２ａは「ｘ行ｙ列」の格子状に配置された複数の受光素子Ａ１１〜Ａｘｙを含んでいる。つまり、受光面１２ａはＸ軸方向にｘ個、Ｙ軸方向にｙ個の受光素子を含む。一つの実施形態においては、ｘ、ｙはそれぞれ１００である。
【００３２】
受光面１２ａにより受光されるレーザの光強度分布の一つの例を示す概念図である図２（ｂ）に示されるように、受光面１２ａの中心付近においては光強度が高く、受光面１２ａの外周付近においては低くなっている。そして、各受光素子Ａ１１〜Ａｘｙごとに光強度を示す数値が取得される。このようにして取得された光強度分布データはＰｒｏｆｉｌｅ（ｘ、ｙ、ｎ）で表される。なお、文字「ｎ」はデータ番号である（０＜ｎ≦Ｎ）。
【００３３】
レーザ加工機１００の保守を行った後の所定期間内においてプロファイラ１２によりＮ個の光強度分布データを異なる時刻で順次取得する。そして、Ｎ個の光強度分布データのうちの隣り合う光強度分布データ、例えばｎ番目とｎ＋１番目との光強度分布データを注出する。次いで、メインプロセッサ２３の判定部３１が以下の式（１）を用いて判定値Ｈを算出する。
【数１】
【００３４】
その後、判定部３１は判定値Ｈを基準値Ｈ０と比較する。基準値Ｈ０は実験等により予め求められるものとする。そして、判定値Ｈが基準値Ｈ０以下になった場合には、エージングが完了し、レーザが出力可能になったと判定する。この場合には、被加工ワーク２０を加工可能になったと判断できるので、その旨の信号を制御装置１に送信する。このように本発明においては、エージングが完了したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。このため、余裕をもってエージングを行う必要はなく、保守を行う際にレーザ加工機１００の停止時間を最小限にすることができる。言い換えれば、本発明においては、最小限の時間でエージングを完了できる。
【００３５】
なお、判定値Ｈが基準値Ｈ０以下でない場合には、ｎ＋１番目とｎ＋２番目の光強度分布データを用いて同様な判定を行う。さらに、Ｎ−１番目とＮ番目の光強度分布データを用いても判定値Ｈが基準値Ｈ０以下にならない場合には、複数の光強度分布データを再度取得し、判定値Ｈが基準値Ｈ０以下になるまで前述した処理を繰返すものとする。
【００３６】
ところで、式（１）においては厳密にする目的でｘ行ｙ列の全ての受光素子について計算を行っているが、ｘ行ｙ列のうちの一つの受光素子についてのみ計算を行うようにしてもよい。
【００３７】
図３は、ｎ番目とｎ＋１番目との光強度分布データにおいて第Ｙ１列目（１≦Ｙ１≦ｙ）における光強度データを示す図である。このため、これら光強度データにおける横軸は受光面１２ａにおけるＸ軸に対応する。また、図３における縦軸は光強度を示している。図３においてはＸ軸における所定位置、例えばＸ＝Ｘ１における光強度が示されており、それにより、「第Ｘ１行第Ｙ１列」に位置する受光素子により測定された光強度が比較されるようになる。
【００３８】
そして、二つの光強度から判定値Ｈを定めることにより、前述したのと同様の判定を行うことができる。この場合には、一箇所のみの光強度を使用しているので、計算時間を短縮できることが分かるであろう。当然のことながら、複数の受光素子で測定された光強度を使用して前述した判定を行うようにしてもよい。
【００３９】
ところで、本発明においては、前述した一連の処理を連続的に行うエージング加工開始ボタン２５を制御装置１に設けても良い。図４は、そのような場合にエージングを行うときのフローチャートである。
【００４０】
図４のステップＳ１において操作者がエージング加工開始ボタン２５を押圧すると、エージングが開始される（ステップＳ２）。前述したように被加工ワーク２０が加工可能になったという信号が制御装置１に送信される（ステップＳ３）まで、エージングが継続して行われる。そして、制御装置１が被加工ワーク２０が加工可能になったという信号を受信すると、被加工ワーク２０の加工が自動的に開始され（ステップＳ４）、被加工ワーク２０の加工が完了するまで（ステップＳ５）、処理が継続される。
【００４１】
このように、本発明においては、単にエージング加工開始ボタン２５を押圧することのみによって、エージングの開始から被加工ワーク２０の加工完了までを自動的に行うことができる。それゆえ、操作者の負担を大幅に減らすと共に、保守による機械の停止時間を最小限にすることが可能となる。
【００４２】
さらに、本発明のレーザ加工機１００によれば、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１が劣化しているときの光強度分布データが制御装置１の記憶部２４に記憶されている。図５は、正常な光強度データと、部分反射鏡が劣化しているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。
【００４３】
図５においては、部分反射鏡が劣化しているときの単一の光強度データが表されているが、部分反射鏡１１の劣化の程度に応じて異なる複数の光強度分布データが記憶部２４に記憶されているものとする。ここで、部分反射鏡１１が劣化しているときの光強度分布データをＤｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｍ）と呼ぶ。文字ｍは、データ番号を表し、その値が小さいほど部分反射鏡１１の劣化の度合いが小さいものとする。
【００４４】
また、制御装置１の劣化判定部３２は、プロファイラ１２により測定された複数の光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｍ）を平均して、平均光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅＡ（ｘ，ｙ）を算出する。このような平均処理により、データの精度を高めることができる。
【００４５】
そして、劣化判定部３２は、以下の式（２）および式（３）に示されるように、平均光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅＡ（ｘ，ｙ）をＤｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｍ）のそれぞれと比較して、ＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）を算出する。
【数２】
【００４６】
その後、複数のＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）から最小のＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）を求めて、基準値Ｒ０と比較する。基準値Ｒ０は実験等により予め定めた値であり、最小のＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）が基準値Ｒ０以下である場合には、部分反射鏡１１が劣化しているものと判定する。また、部分反射鏡１１の劣化の程度は、「ｍ」の値から判断することができる。
【００４７】
なお、詳細な説明は省略するものの、全反射鏡４１の劣化の程度に応じて異なる複数の光強度分布データも記憶部２４に記憶されている。従って、全反射鏡４１に関して同様な処理を行うことにより、全反射鏡４１の劣化を同様に判断することも可能である。
【００４８】
このように、本発明においては、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１が劣化したか否かを定量的かつ容易に判定できる。従って、本発明においては、適切なタイミングで部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の保守を行うことが可能である。これにより、保守頻度の低減および保守に要する時間の短縮を図り、その結果、レーザ加工機１００の生産性を高めることも可能である。さらに、操作者の熟練度に応じて部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の角度が異なる事態が生じるのを避けることも可能である。
【００４９】
なお、部分反射鏡１１および／または４１の劣化が判定された場合には、制御装置１のアラーム出力部２６からアラームを出力するのが好ましい。これにより、操作者に注意を促すことが可能となる。
【００５０】
さらに、本発明のレーザ加工機１００によれば、部分反射鏡１１の角度に応じて異なる複数の光強度分布データが制御装置１の記憶部２４に記憶されている。図６は、正常な光強度データと、部分反射鏡の角度がズレているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。図６においては、部分反射鏡１１の角度がズレているときの単一の光強度データが表されているが、部分反射鏡１１の角度のズレ量に応じて異なる複数の光強度分布データが記憶部２４に記憶されているものとする。部分反射鏡１１の角度がズレているときの光強度分布データをＴｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｌ）と呼ぶ。この場合には、文字ｌは部分反射鏡１１の基準角度からのズレ量を表し、その値が小さいほど部分反射鏡１１の角度のズレ量が小さいものとする。
【００５１】
そして、前述したのと同様に、調整判定部３３は、以下の式（４）および式（５）に示されるように、平均光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅＢ（ｘ，ｙ）をＴｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｌ）のそれぞれと比較して、ＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）を算出する。
【数３】
【００５２】
次いで、複数のＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）から最小のＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）を求めて、基準値Ｒ１と比較する。基準値Ｒ１は実験等により予め定めた値であり、最小のＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）が基準値Ｒ１以下である場合には、部分反射鏡１１の角度がズレているものと判定する。
【００５３】
次いで、算出部３４は、文字ｌに基づいて、部分反射鏡１１の角度調整量を算出する。レーザ発振器２のステップモータ１１ａは、算出された角度調整量に基づいて、部分反射鏡１１を回動させて適切な角度位置に配置する。このように、本発明においては、部分反射鏡１１の角度を調整する必要があるか否かを定量的に判定でき、部分反射鏡１１の角度調整量を容易に求めることができる。
【００５４】
なお、詳細な説明は省略するものの、全反射鏡４１の角度のズレに応じて異なる複数の光強度分布データも記憶部２４に記憶されている。従って、全反射鏡４１に関して同様な処理を行うことにより、全反射鏡４１の角度のズレを同様に判断することも可能である。
【００５５】
このように本発明においては、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の基準位置からの角度のズレを定量的に判断できる。従って、本発明においては適切なタイミングで部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の保守を行うことが可能である。これにより、保守頻度の低減および保守に要する時間の短縮を図り、その結果、レーザ加工機１００の生産性を高めることも可能である。
【００５６】
制御装置１のメインプロセッサ２３が前述した処理を行うことを説明したが、レーザ発振器２のサブプロセッサ１３が、記憶部１４に記憶されたデータに基づいて前述した処理の少なくとも一部を行うようにしてもよい。また、レーザ出力センサ５およびプロファイラ１２の場所が入れ替わっていて、部分反射鏡１１がプロファイラ１２とリア鏡６との間に配置されていてもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に基づくレーザ加工機の略図である。
【図２】（ａ）プロファイラの受光面の概念図である。（ｂ）プロファイラの受光面により受光されるレーザの光強度分布の一つの例を示す概念図である。
【図３】ｎ番目とｎ＋１番目との光強度分布データにおいて第Ｙ列目における光強度データを示す図である。
【図４】本発明のレーザ加工機においてエージングを行うときのフローチャートである。
【図５】正常な光強度データと、部分反射鏡が劣化しているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。
【図６】正常な光強度データと、部分反射鏡の角度がズレているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 制御装置
２ レーザ発振器
３ マッチング回路
４ レーザ電源
５ レーザ出力センサ
６ リア鏡
７ａ、７ｂ 放電電極
８ 出力鏡
９ 放電管
１１ 部分反射鏡
１１ａ ステップモータ
１２ プロファイラ
１２ａ 受光面
１３ サブプロセッサ
１４ 記憶部
２０ 被加工ワーク
２３ メインプロセッサ
２４ 記憶部
２５ エージング加工開始ボタン
２６ アラーム出力部
３１ 判定部
３２ 劣化判定部
３３ 調整判定部
３４ 算出部
４０ 加工部署
４１ 全反射鏡
４３ 加工テーブル
１００ レーザ加工機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器からレーザを射出して被加工物を加工するレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機にはレーザ発振器が搭載されている。レーザ発振器から射出されたレーザは全反射鏡によりワークに向けて反射され、それにより、ワークを加工、例えば切断、溶接している。
【０００３】
レーザ発振器を保守するときに全反射鏡またはレーザ発振器内の部分反射鏡を交換することがある。そのような場合には、全反射鏡および／または部分反射鏡の調整と真空系のエージングとを加工が可能な状態になるまで行い、レーザ発振器から射出されるレーザがワーク上の加工点まで導かれるか否かを確認する必要がある。
【０００４】
ワークを加工した後でエージング不足などが判明した場合にはレーザ発振器の保守をやり直す必要があるので、通常はエージングが完了するのに十分な時間をかけてエージングなどを行うようにしている。このため、レーザ発振器を保守して再起動するまでに、多大な時間が浪費されることになる。
【０００５】
さらに、全反射鏡および／または部分反射鏡の角度調整はアクリルブロックにレーザ光を直接当ててアクリルブロックのやけ具合を操作者が目視で判断することにより行われている。このため、定量的な判断が難しく、操作者の熟練度によって全反射鏡および／または部分反射鏡の角度が異なる事態も生じていた。
【０００６】
このように、従来技術におけるエージング作業ならびに全反射鏡および／または部分反射鏡の角度調整作業は極めて非効率的であり、これらを定量的に行う潜在的な要求がある。
【０００７】
ところで、レーザの光強度分布データを測定するためにプロファイラが利用されることがある。プロファイラの受光面がレーザを受光し、二次元での光強度分布データを測定する。例えば特許文献１に開示されるレーザ加工機は、レーザ発振器と、加工ステーションと、レーザ発振器外部に位置するプロファイラとを含んでいる。レーザ発振器から射出されたレーザは、角度調整式反射ミラーを内蔵した切換機構によりその方向が変更されて、プロファイラに入力される。プロファイラで検出された信号は共振器のアライメントにフィードバックされる。また、特許文献１においては、プロファイラの後方にパワーメータが配置されている。パワーメータは、プロファイラを通過したレーザのパワーを検出して、レーザ光のパワーが正常であるかどうかを判定するのに使用される。そして、例えばパワー不足であると判定された場合には、レーザのパワーをレーザ電源にフィードバックする。そして、レーザが安定化すると、切換機構を動作させ、加工ステーションにレーザを伝達して、ワークが加工される。
【特許文献１】特開平０１−２１８７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１においてはレーザ発振器の出力鏡から射出されたレーザを計測しているので、レーザ加工機は、レーザ発振器の外部にプロファイラおよびパワーメータを備える必要がある。このため、引用文献１では、光学系が複雑になって、加工の安定性が低下すると共に、レーザ加工機全体が大型化しやすい、という問題があった。
【０００９】
また、一般に、リア鏡から射出される場合と比較すると、出力鏡から射出されるレーザの強度は非常に高く、プロファイラに入力する前にレーザの強度を大幅に減衰する必要がある。このようなことによって、光学系はより複雑になると共に、レーザ加工機はより大型化することになる。さらに、特許文献１に開示されるようにレーザ加工機が複数の切換機構を含んでいる場合には、切換動作の制御が複雑になるという問題もあった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、大型化および複雑化することなしに、レーザの光強度分布データを測定することの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】
【００１１】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、レーザ発振器からレーザを射出して被加工物を加工するレーザ加工機において、前記レーザ発振器は、放電作用によりレーザガスを励起する放電管と、部分透過性を有していて前記放電管内においてレーザを増幅するリア鏡および出力鏡と、前記リア鏡の後方に配置された部分反射鏡と、該部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの一方の出力を検出するレーザ検出部と、前記部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの他方を受光して受光面における前記レーザの光強度分布データを測定するプロファイラと、を具備するレーザ加工機が提供される。
【００１２】
すなわち１番目の発明においては、リア鏡とレーザ検出部との間またはリア鏡とプロファイラとの間に部分反射鏡を挿入している。このため、リア鏡から射出されたレーザの出力が検出されると共に、そのようなレーザの光強度分布データが測定される。つまり、プロファイラとレーザ出力センサとをレーザ発振器の内部に配置でき、またレーザの光路を切換える必要がないので、切換機構を排除できる。従って、レーザ加工機が大型化および複雑化することはない。また、このような部分反射鏡は既存のレーザ加工機に挿入できるので、既存のレーザ加工機を容易かつ安価に改良することもできる。
【００１３】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記プロファイラは前記受光面における前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データを異なる時刻において測定しており、前記レーザ加工機は、さらに、前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データに基づいて、前記レーザが出力可能であるか否かを判定する判定部を具備する。
すなわち２番目の発明においては、レーザ加工機のレーザが被加工物を加工できる状態にあるか否か、つまりエージングが完了したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。従って、保守を行う際のレーザ加工機の停止時間を最小限にできる。
【００１４】
３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記部分反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する。
すなわち３番目の発明においては、部分反射鏡が劣化したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。さらに、部分反射鏡の保守を行うタイミングを適切に把握し、保守頻度を低減することができる。
【００１５】
４番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、前記全反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する。
すなわち４番目の発明においては、全反射鏡が劣化したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。さらに、全反射鏡の保守を行うタイミングを適切に把握し、保守頻度を低減することができる。
【００１６】
５番目の発明によれば、３番目または４番目の発明において、さらに、前記劣化判定部により劣化が判定された場合には、アラームを出力するアラーム出力部を具備する。
すなわち５番目の発明においては、アラームを出力することにより操作者に注意を促すことができる。
【００１７】
６番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記部分反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、該調整判定部により前記部分反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記部分反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する。
すなわち６番目の発明においては、部分反射鏡の角度を調整する必要があるか否かを定量的に判定でき、部分反射鏡の角度調整量を容易に求めることができる。さらに、部分反射鏡の保守に要する時間を短縮すると共に、操作者の熟練度に応じて角度が異なる事態が生じるのを避けることができる。
【００１８】
７番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、前記全反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、該調整判定部により前記全反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記全反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する。
すなわち７番目の発明においては、全反射鏡の角度を調整する必要があるか否かを定量的に判定でき、全反射鏡の角度調整量を容易に求めることができる。さらに、全反射鏡の保守に要する時間を短縮すると共に、操作者の熟練度に応じて角度が異なる事態が生じるのを避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくレーザ加工機の略図である。レーザ加工機１００は主に金属加工用に用いられ、レーザ発振器２と、被加工ワーク２０を加工する加工部署４０とを含んでいる。レーザ発振器２は放電励起型である比較的高出力のガスレーザ発振器、例えば出力１ｋＷ以上の炭酸ガスレーザである。図１に示されるように、これらレーザ発振器２と加工部署４０とは制御装置１を介して互いに電気的に接続されている。
【００２０】
図１に示されるように、レーザ発振器２はレーザガスが充填された放電管９を含んでいる。放電管９の一端には部分透過性を有するリア鏡６（共振器内部ミラー）が設けられており、放電管９の他端には部分透過性を有する出力鏡８が設けられている。出力鏡８はＺｎＳｅから形成されており、出力鏡８の内面は部分反射コーティングされると共に出力鏡８の外面は無反射コーティングされている。リア鏡６の後方には、レーザ出力センサ５が配置されている。レーザ出力センサ５は、部分透過性を有するリア鏡６を透過したレーザの出力を検出する。
【００２１】
図示されるように、一対の放電電極７ａ、７ｂが放電管９を挟むように配置されている。これら放電電極７ａ、７ｂの間には放電セクションが形成される。放電電極７ａ、７ｂは同一寸法であって、金属メタライズされているか、または金属部材が取付けられている。図１に示されるように、放電電極７ｂはマッチング回路３を介してレーザ電源４に接続されている。
【００２２】
放電電極７ａ、７ｂが所定の電圧、例えば数百ｋＨｚから数十ＭＨｚの交流電圧を印加すると、レーザガスが励起され、それにより、レーザビームが発生する。周知の原理により、レーザビームは放電管９の光共振空間で増幅され、出力鏡８を通じてレーザビームが射出される。
【００２３】
レーザ発振器２の出力鏡８から出力されたレーザビームは加工部署４０に入射する。加工部署４０においては入射されたレーザを反射する少なくとも一つの全反射鏡４１を含んでいる。また、被加工ワーク２０は、水平方向に移動可能な加工テーブル４３に載置されている。反射されたレーザは、図示しない集光レンズおよび加工ヘッドを通って加工テーブル４３上の被加工ワーク２０に照射され、それにより、被加工ワーク２０が加工されるようになる。
【００２４】
図１のレーザ発振器２を再び参照すると、リア鏡６およびレーザ出力センサ５の間には、部分反射鏡１１が配置されている。放電管９内で励起されたレーザはリア鏡６を透過して、部分反射鏡１１に入射される。レーザの一部分は部分反射鏡１１を通過して、レーザ出力センサ５に入射される。図１から分かるように、レーザの残りの部分は部分反射鏡１１により反射され、プロファイラ１２に入射される。
【００２５】
プロファイラ１２はレーザを受光する受光面１２ａを含んでいて、受光面１２ａにおけるレーザの光強度分布を測定する。さらに、レーザ発振器２はプロファイラ１２のデータを受信して解析演算するサブプロセッサ１３を含んでいる。また、記憶部１４には、サブプロセッサ１３の演算結果が一時的に記憶される。
【００２６】
さらに、図１に示される制御装置１はデジタルコンピュータであり、メインプロセッサ２３（ＣＰＵ）と、記憶部２４とを主に含んでいる。記憶部２４は、レーザ発振器２を駆動するためのプログラム、および後述する各種データを記憶している。
【００２７】
図示されるように、制御装置１のメインプロセッサ２３は、測定された光強度分布に基づいてレーザ発振器２のエージングが完了したか否かを判定する判定部３１を含んでいる。さらに、メインプロセッサ２３は、測定された光強度分布と、部分反射鏡１１が劣化したときの光強度分布とに基づいて部分反射鏡１１が劣化したか否かを判定する劣化判定部３２を含んでいる。さらに、この劣化判定部３２は、測定された光強度分布と、全反射鏡４１が劣化したときの光強度分布とに基づいて全反射鏡４１が劣化したか否かを判定することもできる。
【００２８】
また、メインプロセッサ２３は、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の角度と測定された光強度分布との間の関係、および測定された光強度分布に基づいて、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の角度を調整するか否かを判定する調整判定部３３を含んでいる。また、部分反射鏡１１の角度を調整する必要があると判定された場合には、メインプロセッサ２３の算出部３４が部分反射鏡１１の角度調整量を算出する。なお、部分反射鏡１１の角度はステップモータ１１ａにより調整されるものとする。
【００２９】
図示されるように、本発明においては、部分反射鏡１１により反射されたレーザがプロファイラ１２に入射されるように部分反射鏡１１がレーザ出力センサ５とリア鏡６との間に配置されている。このため、リア鏡６から射出されたレーザの出力がレーザ出力センサ５により検出され、リア鏡６から射出されたレーザの光強度分布データがプロファイラ１２により測定される。
【００３０】
このような構成であるので、本発明においては、プロファイラ１２とレーザ出力センサ５とをレーザ発振器２の内部に配置できる。さらに、本発明においては、レーザの光路を切換える必要がないので、切換機構を排除できる。従って、本発明においては、レーザ加工機１００が大型化および複雑化することなしに、レーザの光強度分布を測定することが可能である。なお、部分反射鏡１１をレーザ加工機のレーザ出力センサ５とリア鏡６との間に挿入すれば本発明の構成を実現できるので、本発明の構成によって既存のレーザ加工機を容易かつ安価に改良することができる。
【００３１】
以下、本発明のレーザ加工機１００の保守を行った後のエージング処理について説明する。図２（ａ）は、プロファイラ１２の受光面１２ａの概念図である。図２（ａ）に示されるように、受光面１２ａは「ｘ行ｙ列」の格子状に配置された複数の受光素子Ａ１１〜Ａｘｙを含んでいる。つまり、受光面１２ａはＸ軸方向にｘ個、Ｙ軸方向にｙ個の受光素子を含む。一つの実施形態においては、ｘ、ｙはそれぞれ１００である。
【００３２】
受光面１２ａにより受光されるレーザの光強度分布の一つの例を示す概念図である図２（ｂ）に示されるように、受光面１２ａの中心付近においては光強度が高く、受光面１２ａの外周付近においては低くなっている。そして、各受光素子Ａ１１〜Ａｘｙごとに光強度を示す数値が取得される。このようにして取得された光強度分布データはＰｒｏｆｉｌｅ（ｘ、ｙ、ｎ）で表される。なお、文字「ｎ」はデータ番号である（０＜ｎ≦Ｎ）。
【００３３】
レーザ加工機１００の保守を行った後の所定期間内においてプロファイラ１２によりＮ個の光強度分布データを異なる時刻で順次取得する。そして、Ｎ個の光強度分布データのうちの隣り合う光強度分布データ、例えばｎ番目とｎ＋１番目との光強度分布データを注出する。次いで、メインプロセッサ２３の判定部３１が以下の式（１）を用いて判定値Ｈを算出する。
【数１】
【００３４】
その後、判定部３１は判定値Ｈを基準値Ｈ０と比較する。基準値Ｈ０は実験等により予め求められるものとする。そして、判定値Ｈが基準値Ｈ０以下になった場合には、エージングが完了し、レーザが出力可能になったと判定する。この場合には、被加工ワーク２０を加工可能になったと判断できるので、その旨の信号を制御装置１に送信する。このように本発明においては、エージングが完了したか否かを定量的かつ容易に判定することができる。このため、余裕をもってエージングを行う必要はなく、保守を行う際にレーザ加工機１００の停止時間を最小限にすることができる。言い換えれば、本発明においては、最小限の時間でエージングを完了できる。
【００３５】
なお、判定値Ｈが基準値Ｈ０以下でない場合には、ｎ＋１番目とｎ＋２番目の光強度分布データを用いて同様な判定を行う。さらに、Ｎ−１番目とＮ番目の光強度分布データを用いても判定値Ｈが基準値Ｈ０以下にならない場合には、複数の光強度分布データを再度取得し、判定値Ｈが基準値Ｈ０以下になるまで前述した処理を繰返すものとする。
【００３６】
ところで、式（１）においては厳密にする目的でｘ行ｙ列の全ての受光素子について計算を行っているが、ｘ行ｙ列のうちの一つの受光素子についてのみ計算を行うようにしてもよい。
【００３７】
図３は、ｎ番目とｎ＋１番目との光強度分布データにおいて第Ｙ１列目（１≦Ｙ１≦ｙ）における光強度データを示す図である。このため、これら光強度データにおける横軸は受光面１２ａにおけるＸ軸に対応する。また、図３における縦軸は光強度を示している。図３においてはＸ軸における所定位置、例えばＸ＝Ｘ１における光強度が示されており、それにより、「第Ｘ１行第Ｙ１列」に位置する受光素子により測定された光強度が比較されるようになる。
【００３８】
そして、二つの光強度から判定値Ｈを定めることにより、前述したのと同様の判定を行うことができる。この場合には、一箇所のみの光強度を使用しているので、計算時間を短縮できることが分かるであろう。当然のことながら、複数の受光素子で測定された光強度を使用して前述した判定を行うようにしてもよい。
【００３９】
ところで、本発明においては、前述した一連の処理を連続的に行うエージング加工開始ボタン２５を制御装置１に設けても良い。図４は、そのような場合にエージングを行うときのフローチャートである。
【００４０】
図４のステップＳ１において操作者がエージング加工開始ボタン２５を押圧すると、エージングが開始される（ステップＳ２）。前述したように被加工ワーク２０が加工可能になったという信号が制御装置１に送信される（ステップＳ３）まで、エージングが継続して行われる。そして、制御装置１が被加工ワーク２０が加工可能になったという信号を受信すると、被加工ワーク２０の加工が自動的に開始され（ステップＳ４）、被加工ワーク２０の加工が完了するまで（ステップＳ５）、処理が継続される。
【００４１】
このように、本発明においては、単にエージング加工開始ボタン２５を押圧することのみによって、エージングの開始から被加工ワーク２０の加工完了までを自動的に行うことができる。それゆえ、操作者の負担を大幅に減らすと共に、保守による機械の停止時間を最小限にすることが可能となる。
【００４２】
さらに、本発明のレーザ加工機１００によれば、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１が劣化しているときの光強度分布データが制御装置１の記憶部２４に記憶されている。図５は、正常な光強度データと、部分反射鏡が劣化しているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。
【００４３】
図５においては、部分反射鏡が劣化しているときの単一の光強度データが表されているが、部分反射鏡１１の劣化の程度に応じて異なる複数の光強度分布データが記憶部２４に記憶されているものとする。ここで、部分反射鏡１１が劣化しているときの光強度分布データをＤｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｍ）と呼ぶ。文字ｍは、データ番号を表し、その値が小さいほど部分反射鏡１１の劣化の度合いが小さいものとする。
【００４４】
また、制御装置１の劣化判定部３２は、プロファイラ１２により測定された複数の光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｍ）を平均して、平均光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅＡ（ｘ，ｙ）を算出する。このような平均処理により、データの精度を高めることができる。
【００４５】
そして、劣化判定部３２は、以下の式（２）および式（３）に示されるように、平均光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅＡ（ｘ，ｙ）をＤｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｍ）のそれぞれと比較して、ＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）を算出する。
【数２】
【００４６】
その後、複数のＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）から最小のＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）を求めて、基準値Ｒ０と比較する。基準値Ｒ０は実験等により予め定めた値であり、最小のＲｅｓｕｌｔＡ（ｍ）が基準値Ｒ０以下である場合には、部分反射鏡１１が劣化しているものと判定する。また、部分反射鏡１１の劣化の程度は、「ｍ」の値から判断することができる。
【００４７】
なお、詳細な説明は省略するものの、全反射鏡４１の劣化の程度に応じて異なる複数の光強度分布データも記憶部２４に記憶されている。従って、全反射鏡４１に関して同様な処理を行うことにより、全反射鏡４１の劣化を同様に判断することも可能である。
【００４８】
このように、本発明においては、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１が劣化したか否かを定量的かつ容易に判定できる。従って、本発明においては、適切なタイミングで部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の保守を行うことが可能である。これにより、保守頻度の低減および保守に要する時間の短縮を図り、その結果、レーザ加工機１００の生産性を高めることも可能である。さらに、操作者の熟練度に応じて部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の角度が異なる事態が生じるのを避けることも可能である。
【００４９】
なお、部分反射鏡１１および／または４１の劣化が判定された場合には、制御装置１のアラーム出力部２６からアラームを出力するのが好ましい。これにより、操作者に注意を促すことが可能となる。
【００５０】
さらに、本発明のレーザ加工機１００によれば、部分反射鏡１１の角度に応じて異なる複数の光強度分布データが制御装置１の記憶部２４に記憶されている。図６は、正常な光強度データと、部分反射鏡の角度がズレているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。図６においては、部分反射鏡１１の角度がズレているときの単一の光強度データが表されているが、部分反射鏡１１の角度のズレ量に応じて異なる複数の光強度分布データが記憶部２４に記憶されているものとする。部分反射鏡１１の角度がズレているときの光強度分布データをＴｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｌ）と呼ぶ。この場合には、文字ｌは部分反射鏡１１の基準角度からのズレ量を表し、その値が小さいほど部分反射鏡１１の角度のズレ量が小さいものとする。
【００５１】
そして、前述したのと同様に、調整判定部３３は、以下の式（４）および式（５）に示されるように、平均光強度分布データＰｒｏｆｉｌｅＢ（ｘ，ｙ）をＴｐｒｏｆｉｌｅ（ｘ，ｙ，ｌ）のそれぞれと比較して、ＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）を算出する。
【数３】
【００５２】
次いで、複数のＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）から最小のＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）を求めて、基準値Ｒ１と比較する。基準値Ｒ１は実験等により予め定めた値であり、最小のＲｅｓｕｌｔＢ（ｌ）が基準値Ｒ１以下である場合には、部分反射鏡１１の角度がズレているものと判定する。
【００５３】
次いで、算出部３４は、文字ｌに基づいて、部分反射鏡１１の角度調整量を算出する。レーザ発振器２のステップモータ１１ａは、算出された角度調整量に基づいて、部分反射鏡１１を回動させて適切な角度位置に配置する。このように、本発明においては、部分反射鏡１１の角度を調整する必要があるか否かを定量的に判定でき、部分反射鏡１１の角度調整量を容易に求めることができる。
【００５４】
なお、詳細な説明は省略するものの、全反射鏡４１の角度のズレに応じて異なる複数の光強度分布データも記憶部２４に記憶されている。従って、全反射鏡４１に関して同様な処理を行うことにより、全反射鏡４１の角度のズレを同様に判断することも可能である。
【００５５】
このように本発明においては、部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の基準位置からの角度のズレを定量的に判断できる。従って、本発明においては適切なタイミングで部分反射鏡１１および／または全反射鏡４１の保守を行うことが可能である。これにより、保守頻度の低減および保守に要する時間の短縮を図り、その結果、レーザ加工機１００の生産性を高めることも可能である。
【００５６】
制御装置１のメインプロセッサ２３が前述した処理を行うことを説明したが、レーザ発振器２のサブプロセッサ１３が、記憶部１４に記憶されたデータに基づいて前述した処理の少なくとも一部を行うようにしてもよい。また、レーザ出力センサ５およびプロファイラ１２の場所が入れ替わっていて、部分反射鏡１１がプロファイラ１２とリア鏡６との間に配置されていてもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に基づくレーザ加工機の略図である。
【図２】（ａ）プロファイラの受光面の概念図である。（ｂ）プロファイラの受光面により受光されるレーザの光強度分布の一つの例を示す概念図である。
【図３】ｎ番目とｎ＋１番目との光強度分布データにおいて第Ｙ列目における光強度データを示す図である。
【図４】本発明のレーザ加工機においてエージングを行うときのフローチャートである。
【図５】正常な光強度データと、部分反射鏡が劣化しているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。
【図６】正常な光強度データと、部分反射鏡の角度がズレているときの光強度データとを示す、図３と同様な図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 制御装置
２ レーザ発振器
３ マッチング回路
４ レーザ電源
５ レーザ出力センサ
６ リア鏡
７ａ、７ｂ 放電電極
８ 出力鏡
９ 放電管
１１ 部分反射鏡
１１ａ ステップモータ
１２ プロファイラ
１２ａ 受光面
１３ サブプロセッサ
１４ 記憶部
２０ 被加工ワーク
２３ メインプロセッサ
２４ 記憶部
２５ エージング加工開始ボタン
２６ アラーム出力部
３１ 判定部
３２ 劣化判定部
３３ 調整判定部
３４ 算出部
４０ 加工部署
４１ 全反射鏡
４３ 加工テーブル
１００ レーザ加工機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器からレーザを射出して被加工物を加工するレーザ加工機において、
前記レーザ発振器は、
放電作用によりレーザガスを励起する放電管と、
部分透過性を有していて前記放電管内においてレーザを増幅するリア鏡および出力鏡と、
前記リア鏡の後方に配置された部分反射鏡と、
該部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの一方の出力を検出するレーザ検出部と、
前記部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの他方を受光して受光面における前記レーザの光強度分布データを測定するプロファイラと、を具備するレーザ加工機。
【請求項２】
前記プロファイラは前記受光面における前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データを異なる時刻において測定しており、
前記レーザ加工機は、さらに、前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データに基づいて、前記レーザが出力可能であるか否かを判定する判定部を具備する、請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
さらに、前記部分反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する、請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、
前記全反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する、請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
さらに、前記劣化判定部により劣化が判定された場合には、アラームを出力するアラーム出力部を具備する請求項３または４に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
さらに、前記部分反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、
該調整判定部により前記部分反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記部分反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項７】
さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、
前記全反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、
該調整判定部により前記全反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記全反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項１】
レーザ発振器からレーザを射出して被加工物を加工するレーザ加工機において、
前記レーザ発振器は、
放電作用によりレーザガスを励起する放電管と、
部分透過性を有していて前記放電管内においてレーザを増幅するリア鏡および出力鏡と、
前記リア鏡の後方に配置された部分反射鏡と、
該部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの一方の出力を検出するレーザ検出部と、
前記部分反射鏡により反射されたレーザおよび前記部分反射鏡を通過したレーザのうちの他方を受光して受光面における前記レーザの光強度分布データを測定するプロファイラと、を具備するレーザ加工機。
【請求項２】
前記プロファイラは前記受光面における前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データを異なる時刻において測定しており、
前記レーザ加工機は、さらに、前記レーザの少なくとも二つの光強度分布データに基づいて、前記レーザが出力可能であるか否かを判定する判定部を具備する、請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
さらに、前記部分反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する、請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、
前記全反射鏡が劣化したときの前記レーザの光強度分布データを記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡が劣化したか否かを判定する劣化判定部とを具備する、請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
さらに、前記劣化判定部により劣化が判定された場合には、アラームを出力するアラーム出力部を具備する請求項３または４に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
さらに、前記部分反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記部分反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、
該調整判定部により前記部分反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記部分反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項７】
さらに、前記レーザ発振器から射出されたレーザを前記被加工物に反射する全反射鏡と、
前記全反射鏡の角度と前記プロファイラにより測定される前記レーザの光強度分布データとの間の関係を記憶する記憶部と、
前記プロファイラにより測定された前記レーザの光強度分布データと、前記記憶部に記憶された光強度分布データとを比較して前記全反射鏡の角度を調整するか否かを判定する調整判定部と、
該調整判定部により前記全反射鏡の角度を調整すると判定された場合に前記全反射鏡の角度調整量を算出する算出部とを具備する請求項１に記載のレーザ加工機。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１３７２６４（Ｐ２０１０−１３７２６４Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１７３２２（Ｐ２００８−３１７３２２）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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