WO2014171245A1 - レーザ加工機およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

　保護ガラスの汚れ等による温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動と、他の光学部品の焦点位置の変動との両方に対して適切な補正が行え、かつセンサ類の増加と演算の複雑化を抑えることができるレーザ加工機を提供する。レーザ加工ヘッド４から照射する照射時間と停止時間との時間差、または光学系１５の全体の温度の検出値から焦点位置の変動量を計算する第１の焦点変動量計算手段３５を設ける。保護ガラス１３の温度変化に対する焦点位置の変動量を計算する第２の焦点変動量計算手段３７を設ける。これら第１および第２の焦点変動量計算手段３５，３７で計算された焦点位置の変動量の和を用いて加工機本体制御装置２に焦点位置の補正を行わせる焦点位置補正手段２５を設ける。

Description

レーザ加工機およびレーザ加工方法 関連出願

　本出願は、２０１３年４月１７日出願の特願２０１３－０８６２３０の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、板材等のワークに対して切断加工等を行うレーザ加工機に関し、特に、光学系の汚れに対する焦点補正等を行う機能を備えたレーザ加工機およびレーザ加工方法に関する。

　従来より、レーザ加工ヘッドに備えられた保護ガラスの劣化度合いによる温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動を補正してレーザ加工を行うレーザ加工機が提案されている（例えば、特許文献１）。具体的には、例えば保護ガラスの汚れの程度を熱検出器または光検出器を用いて検知し、温度から焦点変動量を演算し、焦点位置を補正する手法が採られる。なお、レーザ加工ヘッドの光学部品は、汚れがない場合はレーザ光が透過しても発熱の問題は殆ど生じないが、汚れがある場合はその汚れ成分が発熱し、光学部品が温度上昇する。

特開２０１２－１５７８９３号公報

　レーザ加工ヘッドの光学系において、汚れが生じ易い箇所は、保護ガラスなどの加工点に最も近い光学素子であるが、他の光学素子にも温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動が生じる。そのため、保護ガラスの温度検出による焦点位置の補正だけでは不十分である。また、保護ガラスなどの加工点に最も近い光学素子と、その他の光学素子とでは温度変化の程度が大きく異なり、そのため、両者に対する焦点位置の補正を一つの検出値で行うことはできない。個々の光学素子の温度を検出して焦点位置補正すれば、適切な焦点位置補正が可能であるが、センサ類が多くなり過ぎ、また補正のための演算も複雑になる。

　また、特許文献１では、検出した温度を用い、温度から焦点位置変動量を演算し、焦点位置を補正するが、通常の加工時はレーザ光のオン、オフ、レーザ出力のばらつきが伴うため、この面でも精度の良い焦点位置補正が困難である。

　この発明の目的は、保護ガラスなどの、加工点に最も近い光学素子の汚れ等による温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動と、他の光学部品の温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動との両方に対して適切な補正が行えて、優れた加工品質が得られ、かつセンサ類の増加と演算の複雑化を抑えることができるレーザ加工機およびレーザ加工方法を提供することである。

　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。

　この発明のレーザ加工機は、複数の光学素子で構成された光学系（１５）およびこの光学系（１５）の焦点位置調節機構（１６）を有するレーザ加工ヘッド（４）と、レーザ発振器（５）と、ワーク（Ｗ）に対して前記レーザ加工ヘッド（４）を相対的に移動させる移動機構（６）と、前記焦点位置調節機構（１６）、前記レーザ発振器（５）、および前記移動機構（６）を制御する制御装置（２）とを備え、一つのワーク（Ｗ）に対してレー
ザ光の照射のオン，オフを繰り返すレーザ加工機において、
　前記レーザ加工ヘッド（４）からレーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差、または前記光学系（１５）の全体の温度の検出値から前記焦点位置の変動量を計算する第１の焦点変動量計算手段（３５）と、
　前記光学系（１５）における加工点に最も近い光学素子の温度の検出値からこの加工点に最も近い光学素子の温度変化に対する焦点位置の変動量を計算する第２の焦点変動量計算手段（３７）と、
　これら第１および第２の焦点変動量計算手段（３５，３７）で計算された焦点位置の変動量の和を用いて前記制御装置（２）に前記焦点位置調節機構（１６）の焦点位置の調節による補正を行わせる焦点位置補正手段（２５）を設けたことを特徴とする。

　なお、焦点位置補正手段（２５）は、結果として前記焦点位置の変動量の和を用いて補正を行わせるようにすれば良く、例えば、実施形態で示すように、第１および第２の焦点変動量計算手段（３５，３７）で計算された焦点位置の変動量から、それぞれの変動量に対して現在位置から移動すべき量である補正量を計算し、それら補正量の和によって前記制御装置（２）に前記焦点位置調節機構（１６）の焦点位置の調節による補正を行わせるようにしても良い。
　前記加工点に最も近い光学素子は、例えば、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ等の固体式レーザ加工機では保護ガラスであり、ＣＯ２レーザ等の気体式レーザ加工機では集光レンズである。

　また、この発明のレーザ加工方法は、複数の光学素子で構成された光学系およびこの光学系の焦点位置調節機構を有するレーザ加工ヘッドと、レーザ発振器と、ワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記焦点位置調節機構、前記レーザ発振器、および前記移動機構を制御する制御装置とを用い、一つのワークに対してレーザ光の照射のオン，オフを繰り返すレーザ加工方法であって、
　前記レーザ加工ヘッドからレーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差、または前記光学系の全体の温度の検出値から前記焦点位置の変動量を計算する第１の焦点変動量計算過程と、
　前記光学系における加工点に最も近い光学素子の温度の検出値からこの加工点に最も近い光学素子の温度変化に対する焦点位置の変動量を計算する第２の焦点変動量計算過程と、
　これら第１および第２の焦点変動量計算過程で計算された焦点位置の変動量の和を用いて前記制御装置に前記焦点位置調節機構による焦点位置の補正を行わせる焦点位置補正過程とを有する
　ことを特徴とする。

　この構成によると、光学系（１５）全体の温度に応じて焦点位置の変動量を計算する第１の焦点変動量計算手段（３５）と、加工点に最も近い光学素子（１３）の温度変化に対する焦点位置の変動量を計算する第２の焦点変動量計算手段（３７）とを設け、両焦点変動量計算手段（３５，３７）で計算された焦点位置の変動量の和を用いて焦点位置調節機構（１６）の調節による焦点位置の補正を行わせるようにしたため、保護ガラス（１３）などの、加工点に最も近くて汚れの生じ易い光学素子（１３）の温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動と、他の光学部品（１１，１２）の温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動との両方に対して適切な補正が行えて、優れた加工品質が得られる。
　光学系（１５）全体の温度に対する焦点位置の変動量は、個々の光学素子の温度検出を行わず、纏めて焦点位置の変動量を求めるようにしたため、センサ類の増加と演算の複雑化を抑えることができる。

　なお、光学系（１５）全体の温度に対する焦点位置の変動量については、温度の検出値に基づく計算の他に、レーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差によっても計算しても良いようにしているが、照射時間だけでなく、照射時間と停止時間との時間差で計算するため、一つのワーク（Ｗ）に対してレーザ光照射のオン，オフを繰り返しても、時間から温度変化が適切に推測できる。時間から温度変化を推測するようにすることで、温度の検出手段が省け、部品点数が削減できる。時間については、演算処理装置にクロック発生手段が通常に備えられているため、そのクロックが利用できる。
　加工点に最も近い光学素子（１３）については、汚れが生じ易くて温度変化が大きいため、時間によらずに、温度の検出値を焦点位置の補正に用いることで、その大きな温度変化に対して適切な焦点位置の補正が行える。

　この発明において、前記加工点に最も近い光学素子（１３）の温度の検出値を中止判定用閾値および補正判定用閾値と比較し、前記中止判定用閾値を超える場合は前記制御装置（２）に加工の中止を行わせ、前記中止判定用閾値以下であるが前記補正判定用閾値を超える場合に前記焦点位置補正手段（２５）による前記補正を行わせ、前記補正判定用閾値以下である場合は、前記第２の焦点変動量計算手段で計算した焦点位置の変動量を用いる補正を前記焦点位置補正手段（２５）に行わせない中止・補正判定手段（３８）を設けても良い。

　適切な加工が行えない程度に温度が高い場合、すなわち中止判定用閾値を超える場合は、加工の中止を行わせることで、焦点位置の補正で対応できないときに、加工不良のワーク（Ｗ）が発生することが回避できる。また、温度上昇が少なくて補正判定用閾値以下である場合、例えば検出温度により計算される焦点位置の補正量が、前記焦点位置調節機構（１６）で調整できる分解能以下のような場合は、前記焦点位置補正手段（２５）に行わせないようにすることで、無駄な演算処理を省くと共に、頻繁な補正演算に伴う不安定性を避けることができ、無駄な焦点位置補正を無くすことができる。

　この発明において、前記第２の焦点変動量計算手段（３７）で計算した焦点位置の変動量が加工調整判定用閾値を超える場合に、前記レーザ発振器（５）によるレーザ出力の調整、および前記移動機構（６）による移動速度の調整のいずれか一方または両方を行わせる加工調整指令手段（３９）を設けても良い。
　焦点位置の変動量が大き過ぎてその変動量に見合った焦点位置の適切な補正が行えない場合、ドロスの発生が過剰となったり、出力不足で切断等のレーザ加工が不可能であったりする。このような場合であっても、レーザ出力を変化させるか、またはワーク（Ｗ）とレーザ加工ヘッド（４）との相対移動の速度を変えることで、加工品質を実用上十分な範囲で加工できる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。

この発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概要を示す斜視図およびブロック図を組み合わせた説明図である。 同レーザ加工装置のレーザ加工ヘッドの正常状態を示す破断側面図である。 同レーザ加工装置のレーザ加工ヘッドの汚れ状態を示す破断側面図である。 同レーザ加工装置の概念構成のブロック図である。 同レーザ加工装置の概念構成を図３とは別に参考として示すブロック図である。 同レーザ加工装置の光学系全体対応補正手段の処理の内容を示す流れ図である。 同レーザ加工装置の保護ガラス対応補正手段の処理の内容を示す流れ図である。 同レーザ加工装置の加工準備手段の処理の内容を示す流れ図である。 レーザ加工装置の照射時間と焦点変動の関係例を示すグラフである。 時間に対する係数の関係を示すグラフである。 焦点変動量と焦点補正量の関係を示す説明図である。

　この発明の一実施形態にかかるレーザ加工機およびレーザ加工方法を図面と共に説明する。図１によると、このレーザ加工機は、加工機本体１と、この加工機本体１の制御を行う数値制御装置等の加工機本体制御装置２とを備え、レーザ切断加工等を行う装置であって、この実施形態の特徴となる汚れ対応補正等演算装置３が設けられている。汚れ対応補正等演算装置３は、加工機本体制御装置２に対して光学系の汚れに対する補正等の対応の指令を行う手段である。汚れ対応補正等演算装置３は、加工機本体制御装置２の一部として設けられていても良い。

　加工機本体１は、レーザ加工ヘッド４と、レーザ発振器５と、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド４を相対的に移動させる移動機構６とを備える。この実施形態では、ワークＷを固定側、レーザ加工ヘッド４を移動側としており、ワークＷはワーク台７上に載置されている。ワークＷは、鋼板等の矩形の板材である。移動機構６は、基台８上を前後方向（Ｘ軸方向）に移動する前後移動台９に、レーザ加工ヘッド４を左右移動体（図示せず）を介して左右方向（Ｙ軸方向）に移動可能に設置して構成され、前後方向および左右方向の前記移動をそれぞれ行わせるモータ（図示せず）を備えている。なお、レーザ加工ヘッド４自体に、またはレーザ加工ヘッド４を支持する前記左右移動体に、駆動源（図示せず）によってレーザ加工ヘッド４をＸ－Ｙ平面に対して垂直方向に昇降させる機構（図示せず）を有していても良い。レーザ加工ヘッド４には、レーザ発振器５で発振したレーザ光がレーザ光伝送路１０を介して送られる。レーザ発振器５は、ファイバレーザ等の固体式レーザ発振器であっても、ＣＯ２レーザ等の気体式レーザ発振器であっても良いが、この実施形態では固体式レーザ発振器としている。

　図２Ａに示すように、レーザ加工ヘッド４は、筒状のケース４ａ内に、複数の光学素子であるコリメートレンズ１１、集光レンズ１２、および保護ガラス１３が、Ｘ－Ｙ平面に対して垂直方向に上側から下側に向けてこの順に設けられている。これらコリメートレンズ１１、集光レンズ１２、および保護ガラス１３により、レーザ加工ヘッド４の光学系１５が構成される。なお、図２Ｂには、保護ガラス１３の表面に汚れが付着している状態が示されている。

　レーザ加工ヘッド４には、この他に加工ガス（アシストガスとも称す）のノズル（図示せず）が設けられ、かつ光学系１５、例えば集光レンズ１２の焦点調節を行う焦点位置調節機構１６（図３）が設けられている。このレーザ加工ヘッド４に、保護ガラス１３の温度を検出する温度検出器１７を設ける。温度検出器１７は、非接触で検出可能なものが好ましく、放射温度計等が用いられる。

　図３において、加工機本体制御装置２は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラ等からなり、加工プログラム（図示せず）に従ってレーザ加工機本体１の制御を行う。加工機本体制御装置２は、加工プログラムの命令を順に読んでその命令に対応する各種の指令を生成する基本制御手段２１の他に、焦点制御手段２２、移動制御手段２３、およびレーザ出力制御手段２４を有する。これら焦点制御手段２２、移動制御手段２３、およびレーザ出力制御手段２４は、基本制御手段２１から与えられる指令に従い、それぞれの手段２２～２４が持つ制御機能により、焦点位置調節機構１６、移動機構６、およびレーザ発振器５をそれぞれ制御する。焦点位置補正手段２５は、焦点制御手段２２に補正を行わせる手段であり、具体的な機能は後に説明する。加工機本体制御装置２には液晶表示装置等の画像を表示する表示装置２６が設けられている。
　なお、図４は、図３の内容を簡略化して参考として示すブロック図である。

　図３において、汚れ対応補正等演算手段３は、加工機本体制御装置２に接続されたパーソナルコンピュータまたはマイクロコンピュータ等により構成され、光学系全体対応補正手段３１、保護ガラス対応補正手段３２、および加工準備手段３３を有し、またデータ記憶手段３４を有している。

　光学系全体対応補正手段３１は、光学系１５の全体の温度変化に対する補正量の計算を主に行う手段であり、第１の焦点変動量計算手段３５およびタイマ３６を有する。光学系全体対応補正手段３１は、詳しくは後述のように図５に流れ図で示す処理を行う。
　保護ガラス対応補正手段３２は、保護ガラス１３の汚れに対する補正量の計算を主に行う手段であり、第２の焦点変動量計算手段３７、中止・補正判定手段３８、および加工調整指令手段３９を有する。保護ガラス対応補正手段３２は、詳しくは後述のように図６に流れ図で示す処理を行う。

　加工準備手段３３は、加工プログラムの実行開始前に、一定時間、加工点に最も近い光学素子（この例では保護ガラス１３）にレーザ光を照射させて、予め設定してある温度に対する複数の閾値と常時測定している光学素子の温度とを比較し、加工品質を実用上十分な範囲で加工プログラムの実行を完了することが可能か否かを判断し、保護ガラス１３等の光学素子の状態確認を加工機本体制御装置２へ通知する手段であり、図７に流れ図で示す処理を行う。なお、加工機本体制御装置２は、汚れ対応補正等演算装置３から送られた各種の通知を表示装置２６の画面に表示する。
　データ記憶手段３４は、前記補正量の計算等のための各種のデータを記憶する手段である。

　光学系全体対応補正手段３１における第１の焦点変動量計算手段３５は、一例として、レーザ加工ヘッド４からレーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差から、光学系１５の全体の温度変化に対する焦点位置の変動量を、定められた計算式によって計算する。計算した焦点位置の変動量は、加工機本体制御装置２へ送る。前記照射時間と停止時間との時間差は、タイマ３６が計時する。前記照射時間と停止時間との時間差の代わりに、光学系１５の全体の温度の検出値から焦点位置の変動量を計算するようにしても良い。光学系１５の全体の温度の検出は、例えばレーザ加工ヘッド４に設置した温度検出器（図示せず）により行う。この温度検出器は、保護ガラス１３の温度を計測する前記温度検出器１７とは異なり、一部の光学素子の温度ではなく、光学系１５の全体としての温度を計測する。

　保護ガラス対応補正手段３２における第２の焦点変動量計算手段３７は、光学系１５における加工点に最も近い光学素子、この例では保護ガラス１３の温度の検出値からこの光学素子である保護ガラス１３の温度変化に対する焦点位置の変動量を、定められた計算式によって計算する。第２の焦点変動量計算手段３７は、計算した焦点位置の変動量、またはこの変動量から求める後述の補正量を、加工機本体制御装置２へ送る。保護ガラス１３
の温度の検出値は、前記温度検出器１７による検出値である。

　これら、第１および第２の焦点変動量計算手段３５，３７により計算された焦点位置の変動量または補正量は、上記のように加工機本体制御装置２へ送られ、加工機本体制御装置２では、焦点位置補正手段２５により、両焦点位置の変動量の和、または両焦点位置の補正量の和を計算し、その和により、焦点制御手段２２に補正処理として焦点位置調節機構の１５に焦点位置の調節を行わせる。

　このように、光学系１５の全体の焦点位置の変動量と保護ガラス１３の焦点位置の変動量を計算し、その和を用いて焦点位置の補正を行うようにしたため、加工点に最も近くて汚れの生じ易い光学素子である保護ガラス１３の汚れによる温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動と、他の光学部品の温度上昇の変化に起因する焦点位置の変動との両方に対して適切な補正が行えて、優れた加工品質が得られる。
　光学系１５全体の温度に対する焦点位置の変動量は、個々の光学素子の温度検出を行わず、纏めて焦点位置の変動量を求めるようにしたため、センサ類の増加と演算の複雑化を抑えることができる。保護ガラス１３に比べて他の光学部品は、汚れが少ないため、このように纏めて温度変化に対する焦点位置の変動量を求めるようにしても、実用上で十分な焦点位置の補正が行える。

　光学系１５の全体の焦点位置の変動量については、レーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差によっても計算しても良いようにしているが、照射時間だけでなく、照射時間と停止時間との時間差で計算するため、一つのワークＷに対してレーザ光照射のオン，オフを繰り返しても、時間から温度変化が適切に推測できる。すなわち、一般的な板金に対するレーザ切断加工では、例えば部品の外周を切り抜き、あるいは開口の内周を切り抜くなどの、１度の連続した照射で行える加工の終了毎にレーザ光をオフにする。このため、例えばワークＷに対して同じ形状の切り抜き加工を複数行う場合、焦点位置の補正無しでは、図８に例示するように焦点位置がオンオフ毎に変動する。これに対し、照射時間と停止時間との時間差を用いて計算することにより、光学系１５の全体の焦点位置の変動量を精度良く求めることができる。また、このようにオンオフから温度変化，焦点位置の変動を推測するようにすることで、温度の検出手段が省け、部品点数が削減できる。タイマ３６は、演算処理装置に備えられているクロック発生手段（図示せず）を用いてカウントする構成とすることで、専用の機器は不要である。
　加工点に最も近い光学素子である保護ガラス１３については、汚れが生じ易くて温度変化が大きいため、時間によらずに、温度の検出値を焦点位置の補正に用いることで、その大きな温度変化に対して適切な焦点位置の補正が行える。

　中止・補正判定手段３８および加工調整指令手段３９については、基本的には〔課題を解決するための手段〕の欄で前述したとおりであるが、より具体的処理内容は、後に図６の流れ図と共に説明する。

　図５の流れ図を用い、光学系全体対応補正手段３１の具体的な機能を説明する。
　過程Ｑ１で、閾値等の焦点補正に必要な情報を取得し、レーザ加工の開始の指令を待つ（Ｑ２）。ここで言うレーザ加工の開始の指令は、１枚のワークＷについて加工の開始の指令であり、例えば加工プログラムのスタートである。

　この後、レーザ光照射の開始を待つ（Ｑ３）。開始の指令があると、レーザ照射を開始して焦点位置を計算し（Ｑ４）、その焦点位置へ焦点位置調節機構１６により移動させる。このときの焦点位置は、焦点補正の前の位置である。

　レーザ光の照射中であるか否かを確認し（Ｑ６）、加工中である場合は、レーザ発振器５から発振するレーザ出力の値と、光学系１５の全体の温度情報とを取得する（Ｑ７）。この温度情報は、レーザ光照射のオン時間とオフ時間の差の情報、または前記の光学系１５の全体の温度検出を行っている場合はその温度検出値である。この取得した温度の情報とレーザ出力の情報とから、光学系１５の全体の温度変化による焦点変動量を計算し（Ｑ８）、その焦点変動量を補正するための焦点補正量を計算する（Ｑ９）。

　なお、オン時間とオフ時間の差から焦点位置の変動量を計算する場合、例えば、次式によって計算する。
　（焦点変動量）＝（係数）×レーザ出力（オン時間－オフ時間）
　上記の係数は、例えば図９Ａに示すように時間ｔによって変化する時間の関数である。
　また、上記の焦点補正量の計算（Ｑ９）では、図９Ｂに示すように、焦点変動量ΔＨに対して現在の焦点位置がｈ１であるとすると、焦点補正量はΔＨ－ｈ１とされ、現在の焦点位置に応じて変わる。

　上記のように焦点変動量を計算した後、焦点補正を行うべきか否かの判定を定められた基準によって行い（Ｑ１０）、補正すべきときは焦点補正量を加工機本体制御装置２へ送る（Ｑ１１）。送った後、焦点補正量、例えばその送った焦点補正量または前記焦点変動量を所定の記憶領域に記憶する（Ｑ１２）。前記焦点補正を行うべきか否かの判定（Ｑ１０）については、例えば、補正判定用閾値と比較した結果、変動量が小さ過ぎて加工品質に影響を与えない状態にある場合に、補正を行わないと判定する。この場合は、焦点変動量を加工機本体制御装置２へ送る過程（Ｑ１１）を経ずに、前記焦点変動量の記憶（Ｑ１２）を行う。
　この記憶の後、レーザ照射中か否かの判定過程（Ｑ６）へ戻り、前述の処理を繰り返す。すなわち、レーザ照射中は、常に光学系１５の全体の温度変化による焦点変動量の計算（Ｑ８）等を繰り返す。

　レーザ照射中か否かの判定過程（Ｑ６）で、照射中でないと判定したときは、焦点変動量を取得し（Ｑ１３）、焦点収束変動量を計算し（Ｑ１４）、焦点補正量の計算（Ｑ１５）を行った後、レーザ加工が完了か否かを判定する（Ｑ１６）。レーザ加工が完了の場合は、焦点補正の一連の計算を完了する。レーザ加工が完了でない場合は、レーザ光照射開始か否かの判定過程（Ｑ３）に戻る。

　この判定過程（Ｑ３）でレーザ光照射開始が未だと判定された場合は、前記焦点補正量取得の過程（Ｑ１３）に移行し、過程Ｑ１６までを再度行う。このように、同じワークＷについての次の部分の加工の開始を待ち、前記焦点変動量取得（Ｑ１３）、焦点収束変動量計算（Ｑ１４）、焦点補正量の計算（Ｑ１５）および上記判定（Ｑ１６）を繰り返す。

　図６の流れ図を用い、保護ガラス対応補正手段３２の具体的な機能を説明する。
　過程Ｒ１では、保護ガラス１３に対する補正のための閾値等の各種の設定値を取得する。この後、レーザ光照射の開始を待ち（Ｒ２）、開始されると、保護ガラス１３の温度を温度検出器１７により検出する（Ｒ３）。検出された保護ガラス温度を中止判定用閾値と比較する（Ｒ４）。この閾値を超える場合は、加工中止の通知を加工機本体制御装置２へ送り（Ｒ１６）、レーザ加工の中止を待って（Ｒ１７）、保護ガラス状態確認の通知を加工機本体制御装置２へ送る（Ｒ１８）。

　前記の保護ガラス温度の中止判定用閾値との比較（Ｒ４）で加工可能であると判定されたときは、第２の焦点変動量計算手段３７による焦点変動量の計算（Ｒ５）、焦点補正量の計算（Ｒ６）を行った後、焦点補正を行うか否かを判断する（Ｒ７）。この判断は、前記の過程（図５の（Ｑ１０））と同様に、調整可能な移動量であるかの判断であり、補正判定用閾値と比較する。補正判定用閾値以上である場合は、焦点補正を行う場合であり、焦点補正量を加工機本体制御装置２へ通知し（Ｒ８）、焦点補正を行わない場合はこの通知を行うことなく、保護ガラス温度と焦点変動量を記憶装置に通知する（Ｒ９）。
　これらの上記の過程Ｒ３～Ｒ８、および過程Ｒ１６を行う手段により、図２の中止・判定手段３８が構成される。

　この通知（Ｒ９）の後、加工速度の変更判定用の設定条件に対する判定を行う（Ｒ１０）。前記加工速度は、移動機構６によるレーザ加工ヘッド４とワークＷとの相対移動の速度である。前記設定条件は、例えば加工速度変更用の加工調整判定用閾値や、レーザ光出力の値である。設定条件に合致する場合は、定められた条件に応じて計算した加工速度を加工機本体制御装置２へ通知する（Ｒ１１）。加工機本体制御装置２は、この通知を受けて、移動制御手段２３により、移動機構６による前記通知に応じた移動速度への変更を行わせる。

　前記加工速度の通知（Ｒ１１）の後、また加工速度を変更しない場合は前記加工速度を変更するか否かの判断（Ｒ１０）の後、レーザ光出力を変更するか否かの判定を行う（Ｒ１２）。加工速度を変更した場合はレーザ光出力を変更することが必要な場合がある。また、保護ガラス１３の焦点位置の変更が、適切な値までは変更できないが、焦点距離が適切でなくても、レーザ光出力を変更すれば加工可能である場合がある。このような場合の判定についての閾値であるレーザ光出力変更に対する加工調整判定用閾値を定めておき、この加工調整判定用閾値を超える場合は、レーザ光出力指令変更を加工機本体制御装置２へ通知する（Ｒ１３）。加工機本体制御装置２は、この通知を受けて、レーザ出力制御手段２４により、レーザ発振器５に前記通知に応じたレーザ光出力への変更を行わせる。上記の過程Ｒ１０～Ｒ１３を行う手段により、図２の加工調整指令手段３９が構成される。

　上記のレーザ光出力の変更の通知（Ｒ１３）の後、また変更をしない場合は前記判定（Ｒ１２）の後、レーザ光照射の停止の判定を行い（Ｒ１４）、停止するまでは前記保護ガラス温度検出（Ｒ３）の過程に戻り、以下の各過程を繰り返す。
　レーザ光照射が停止された場合は、保護ガラス確認の通知を行うか否かの判定（Ｒ１５）を設定条件に応じて行った後、条件該当の場合は、保護ガラス確認の通知（Ｒ１８）を加工機本体制御装置２へ行ってから、また条件に該当しない場合はそのまま、この保護ガラス対応補正のための一連の制御を完了する。

　図７の流れ図を用い、加工準備手段３３の具体的な機能を説明する。
　過程Ｓ１で加工ガスのオンを行い、加工ガス圧の異常を判定する（Ｓ２）。保護ガラス１３の装着に異常があった場合は、加工ガス圧が異常になり、適切な加工が行えないからである。異常の場合は、保護ガラス１３の装着の異常を通知し（Ｓ１０）、この加工準備処理を終了する。

　異常がない場合は、レーザ出力の指令を行い（Ｓ３）、レーザ光照射が開始されるのを待って（Ｓ４）、保護ガラス温度の検出を行う（Ｓ５）。保護ガラス温度を閾値と比較し（Ｓ６）、異常であると判定した場合は、保護ガラス状態の確認の通知を加工機本体制御装置２へ行って（Ｓ９）、加工準備処理を終了する。

　保護ガラス温度に異常がない場合は、レーザ光照射を開始から任意の設定時間だけ経過したか否かを判定し（Ｓ７）、経過するまでは、保護ガラス温度検出の過程（Ｓ５）に戻って前記過程（Ｓ５～Ｓ７）を繰り返す。レーザ光照射が開始から任意の設定時間だけ経過すると、保護ガラス異常無しの通知を加工機本体制御装置２へ行い（Ｓ８）、加工準備処理を終了する。
　このような一連の加工準備処理を実加工の前に行うことで、実加工時にワークＷの加工不良が発生することが未然に防止できる。

　なお、前記実施形態は、固体レーザの場合につき説明したが、この発明は、ＣＯ２レーザのような気体レーザの場合にも適用することができる。

　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１…加工機本体
２…加工機本体制御装置
３…汚れ対応補正等演算装置
４…レーザ加工ヘッド
５…レーザ発振器
６…移動機構
１１…コリメートレンズ（光学素子）
１２…集光レンズ（光学素子）
１３…保護ガラス（光学素子）
１５…光学系
１６…焦点位置調節機構
１７…温度検出器
２５…焦点位置補正手段
３１…光学系全体対応補正手段
３２…保護ガラス対応補正手段
３３…加工準備手段
３５…第１の焦点変動量計算手段
３７…第２の焦点変動量計算手段
３８…中止・補正判定手段
３９…加工調整指令手段
Ｗ…ワーク
 

Claims (4)

1. 　複数の光学素子で構成された光学系およびこの光学系の焦点位置調節機構を有するレーザ加工ヘッドと、レーザ発振器と、ワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記焦点位置調節機構、前記レーザ発振器、および前記移動機構を制御する制御装置とを備え、一つのワークに対してレーザ光の照射のオン，オフを繰り返すレーザ加工機であって、
   　前記レーザ加工ヘッドからレーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差、または前記光学系の全体の温度の検出値から前記焦点位置の変動量を計算する第１の焦点変動量計算手段と、
   　前記光学系における加工点に最も近い光学素子の温度の検出値からこの加工点に最も近い光学素子の温度変化に対する焦点位置の変動量を計算する第２の焦点変動量計算手段と、
   　これら第１および第２の焦点変動量計算手段で計算された焦点位置の変動量の和を用いて前記制御装置に前記焦点位置調節機構による焦点位置の補正を行わせる焦点位置補正手段を設けた
   　ことを特徴とするレーザ加工機。
2. 　前記加工点に最も近い光学素子の温度の検出値を中止判定用閾値および補正判定用閾値と比較し、前記中止判定用閾値を超える場合は前記制御装置に加工の中止を行わせ、前記中止判定用閾値以下であるが前記補正判定用閾値を超える場合に前記焦点位置補正手段による前記補正を行わせ、前記補正判定用閾値以下である場合は、前記第２の焦点変動量計算手段で計算した焦点位置の変動量を用いる補正を前記焦点位置補正手段に行わせない中止・補正判定手段を設けた請求項１記載のレーザ加工機。
3. 　前記第２の焦点変動量計算手段で計算した焦点位置の変動量が加工調整判定用閾値を超える場合に、前記レーザ発振器によるレーザ出力の調整、および前記移動機構による移動速度の調整のいずれか一方または両方を行わせる加工調整指令手段を設けた請求項１または請求項２記載のレーザ加工機。
4. 　複数の光学素子で構成された光学系およびこの光学系の焦点位置調節機構を有するレーザ加工ヘッドと、レーザ発振器と、ワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記焦点位置調節機構、前記レーザ発振器、および前記移動機構を制御する制御装置とを用い、一つのワークに対してレーザ光の照射のオン，オフを繰り返すレーザ加工方法であって、
   　前記レーザ加工ヘッドからレーザ光を照射する照射時間と停止時間との時間差、または前記光学系の全体の温度の検出値から前記焦点位置の変動量を計算する第１の焦点変動量計算過程と、
   　前記光学系における加工点に最も近い光学素子の温度の検出値からこの加工点に最も近い光学素子の温度変化に対する焦点位置の変動量を計算する第２の焦点変動量計算過程と、
   　これら第１および第２の焦点変動量計算過程で計算された焦点位置の変動量の和を用いて前記制御装置に前記焦点位置調節機構による焦点位置の補正を行わせる焦点位置補正過程とを有する
   　ことを特徴とするレーザ加工方法。

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