特開 2024-93611 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024093611

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/097 20060101AFI20240702BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20240702BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20240702BHJP

   H01S 3/13 20060101ALI20240702BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240702BHJP

   B23K 26/0622 20140101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H01S3/097 A

H01S3/00 G

H01S3/00 B

H01S3/10 Z

H01S3/13

B23K26/00 N

B23K26/0622

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022210119

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】弁理士法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】西川 恭生

【テーマコード（参考）】

4E168

5F071

5F172

【Ｆターム（参考）】

4E168AA00

4E168CA06

4E168CA07

4E168CA13

4E168CB04

4E168CB23

4E168DA02

4E168DA23

4E168DA24

4E168DA52

4E168EA15

4E168KA04

5F071AA05

5F071GG02

5F071HH07

5F071JJ05

5F172AD05

5F172NN26

5F172NP12

5F172XX02

5F172ZA02

5F172ZA04

5F172ZZ01

(57)【要約】

【課題】発振直後のレーザ出力の、レーザ発振部の温度に依存するオーバーシュートを抑制することが可能となる技術を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置１において、ＣＰＵ４１は、加工対象物７を加工する際には、動作開始当初の周波数を定常印字中の周波数より高くするように調整する周波数調整処理と、温度センサ１２０により取得された温度情報が示す温度の高さに応じて制御信号のデューティ比を大きくするように調整するデューティ比調整処理と、を実行する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光をワークに照射して前記ワークを加工するレーザ加工装置であって、
入力される制御信号に基づいて前記レーザ光を発振するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部の温度に係る情報である温度情報を取得する温度取得部と、
前記制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ワークを加工する際には、動作開始当初の前記制御信号の周波数を定常動作中の周波数より高くするように調整する周波数調整処理と、
前記温度取得部により取得された前記温度情報が示す温度の高さに応じて前記制御信号のデューティ比を大きくするように調整するデューティ比調整処理と、
を実行する、
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

前記周波数調整処理において、前記動作開始当初の前記制御信号の周波数は、前記定常動作中の周波数の２～１０倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記周波数調整処理において、前記動作開始当初は、少なくとも前記動作開始から７００～８００μｓ経過するまでである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記デューティ比調整処理において、常温時の前記制御信号のパルス幅は、前記レーザS14発振部のレーザ出力のオーバーシュート時間の１／１０より短い、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記デューティ比調整処理において、前記制御信号のデューティ比は、１０～８０％の範囲で調整する、
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記デューティ比調整処理において、前記制御信号のデューティ比は、１.１～２.５倍の範囲で調整する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

入力される制御信号に基づいてレーザ光を発振するレーザ発振部と、前記レーザ発振部の温度に係る情報である温度情報を取得する温度取得部と、前記制御信号を出力する制御部と、を備え、前記レーザ光をワークに照射して前記ワークを加工するレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、前記制御部に対して、
前記ワークを加工する際には、動作開始当初の前記制御信号の周波数を定常動作中の周波数より高くするように調整する周波数調整処理と、
前記温度取得部により取得された前記温度情報が示す温度の高さに応じて前記制御信号のデューティ比を大きくするように調整するデューティ比調整処理と、
を実行させる、
ことを特徴とするレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、対象物にレーザ加工する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ発振器の制御信号を高周波でオン／オフさせることで、発振直後のレーザ出力のピーク強度を抑制して、ピーク強度のばらつきを小さくするようにしたレーザ加工方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１０３６２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図６は、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器の温度に依存するオーバーシュートを説明するための図である。そして、図６（ｃ）は、レーザ発振器に供給する制御信号を示し、図６（ａ）は、レーザ発振器の温度が低温時において、供給された制御信号に応じてレーザ発振器が出力したレーザパワーの推移を示し、図６（ｂ）は、レーザ発振器の温度が高温時において、供給された制御信号に応じてレーザ発振器が出力したレーザパワーの推移を示している。図６（ａ）と図６（ｂ）とを見比べれば分かるように、目標となるレーザパワーＴＰに対して、低温時のオーバーシュートＯＳ１は、高温時のオーバーシュートＯＳ２より大きくなっている。つまり、発振直後のレーザ出力のオーバーシュートは、レーザ発振器の温度に依存する。したがって、発振直後のレーザ出力のオーバーシュートを抑制するためには、レーザ発振器に供給する制御信号を、レーザ発振器の温度に応じて制御する必要がある。

【0005】

しかし、特許文献１に記載のレーザ加工方法では、レーザ発振器の温度特性については考慮していないので、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器の温度に依存するオーバーシュートを抑制することはできない。

【0006】

本願は、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振部の温度に依存するオーバーシュートを抑制することが可能となる技術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】

【0007】

上記目的を達成するため、本願のレーザ加工装置は、レーザ光をワークに照射してワークを加工するレーザ加工装置であって、入力される制御信号に基づいてレーザ光を発振するレーザ発振部と、レーザ発振部の温度に係る情報である温度情報を取得する温度取得部と、制御信号を出力する制御部と、を備え、制御部は、ワークを加工する際には、動作開始当初の制御信号の周波数を定常動作中の周波数より高くするように調整する周波数調整処理と、温度取得部により取得された温度情報が示す温度の高さに応じて制御信号のデューティ比を大きくするように調整するデューティ比調整処理と、を実行する、ことを特徴とする。

【0008】

また、上記目的を達成するため、本願のレーザ加工方法は、入力される制御信号に基づいてレーザ光を発振するレーザ発振部と、レーザ発振部の温度に係る情報である温度情報を取得する温度取得部と、制御信号を出力する制御部と、を備え、レーザ光をワークに照射してワークを加工するレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、制御部に対し
て、ワークを加工する際には、動作開始当初の制御信号の周波数を定常動作中の周波数より高くするように調整する周波数調整処理と、温度取得部により取得された温度情報が示す温度の高さに応じて制御信号のデューティ比を大きくするように調整するデューティ比調整処理と、を実行させる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本願によれば、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振部の温度に依存するオーバーシュートを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本願の一実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工部の概略構成を示す図である。

【図2】本願の一実施形態に係るレーザ加工装置の制御構成を示すブロック図である。

【図3】図２のレーザ加工装置に含まれるコントローラ、特にＣＰＵが実行する制御信号生成処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】動作開始当初のレーザパワーの推移（（ａ））、動作開始当初の制御信号の推移（（ｂ））及び定常印字中の制御信号の推移（（ｃ））の各一例を示す図である。

【図5】レーザ発振器の温度とレーザパワーとの関係（（ａ））及びレーザ発振器の温度と制御信号のデューティ比との関係（（ｂ））の各一例を示す図である。

【図6】発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器の温度に依存するオーバーシュートを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本願の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

図１は、本願の一実施形態に係るレーザ加工装置１のレーザ加工部３の概略構成を示し、図２は、レーザ加工装置１の制御構成を示している。図２に示すように、レーザ加工装置１は、印字情報作成部２及びレーザ加工部３で構成されている。印字情報作成部２は、パーソナルコンピュータ等で構成されている。

【0013】

レーザ加工部３は、図１に示すように、加工レーザ光Ｒを加工対象物７の加工面８上で２次元走査してマーキング（印字）加工を行うものである。レーザ加工部３は、図２に示すように、レーザコントローラ６を備えている。

【0014】

レーザコントローラ６は、コンピュータで構成され、印字情報作成部２と双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ６は、印字情報作成部２から送信された印字情報、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工部３を駆動制御する。

【0015】

レーザ加工部３の概略構成について、図１を参照して説明する。レーザ加工部３は、レーザ発振ユニット１２、ガイド光部１５、ダイクロイックミラー１０１、光学系７０、カメラ１０３、ガルバノスキャナ１８、及びｆθレンズ１９等を備えており、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。

【0016】

レーザ発振ユニット１２は、レーザ発振器２１等で構成されている。レーザ発振器２１は、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等で構成されており、加工レーザ光Ｒを出射する。なお、加工レーザ光Ｒの光径は、不図示のビームエキスパンダで調整（例えば、拡大）される。

【0017】

ガイド光部１５は、可視半導体レーザ２８（図２参照）等で構成されている。可視半導
体レーザ２８は、可視可干渉光である可視レーザ光Ｑ、例えば、赤色レーザ光を出射する。可視レーザ光Ｑは、不図示のレンズ群で平行光にされ、さらに、２次元走査されることによって、例えば、加工レーザ光Ｒでマーキング（印字）加工すべき印字パターンの像、その像を取り囲んだ矩形の像等を、加工対象物７の加工面８上に軌跡（時間残像）で映し出すものである。つまり、可視レーザ光Ｑには、マーキング（印字）加工能力がない。

【0018】

可視レーザ光Ｑの波長は、加工レーザ光Ｒの波長とは異なる。本実施形態では、例えば、加工レーザ光Ｒの波長は、１０６４ｎｍであり、可視レーザ光Ｑの波長は、６５０ｎｍである。

【0019】

ダイクロイックミラー１０１では、入射された加工レーザ光Ｒのほぼ全部が透過する。また、ダイクロイックミラー１０１では、加工レーザ光Ｒが透過する略中央位置にて、可視レーザ光Ｑが４５度の入射角で入射され、４５度の反射角で加工レーザ光Ｒの光路上に反射される。ダイクロイックミラー１０１の反射率は、波長依存性を持っている。具体的には、ダイクロイックミラー１０１は、誘電体層の多層膜構造の表面処理がなされており、可視レーザ光Ｑの波長に対して高い反射率を有し、それ以外の波長の光をほとんど（９９％）透過するように構成されている。

【0020】

なお、図１の一点鎖線は、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑの光軸１０を示している。また、光軸１０の方向は、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑの経路方向を示している。

【0021】

光学系７０は、第１レンズ７２、第２レンズ７４、及び移動機構７６を備えている。光学系７０では、ダイクロイックミラー１０１を経た加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑが、第１レンズ７２に入射し通過する。その際、第１レンズ７２によって、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑの各光径が縮小される。また、第１レンズ７２を通過した加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑは、第２レンズ７４に入射し通過する。その際、第２レンズ７４によって、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑが平行光にされる。移動機構７６は、光学系モータ８０と、光学系モータ８０の回転運動を直線運動に変換するラック・アンド・ピニオン（不図示）等を備えており、光学系モータ８０の回転制御によって、第２レンズ７４を加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑの経路方向に移動させる。

【0022】

なお、移動機構７６は、第２レンズ７４に代えて第１レンズ７２を移動させる構成であってもよいし、第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が変わるように第１レンズ７２と第２レンズ７４の双方を移動させる構成であってもよい。

【0023】

ガルバノスキャナ１８は、光学系７０を経た加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑとを２次元走査するものである。ガルバノスキャナ１８では、ガルバノＸ軸モータ３１（図２参照）とガルバノＹ軸モータ３２（図２参照）とが、それぞれのモータ軸が互いに直交するように取り付けられ、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙが内側で互いに対向している。そして、各モータ３１、３２の回転制御で、各走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙを回転させることによって、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑとを２次元走査する。この２次元走査方向は、Ｘ方向とＹ方向である。

【0024】

ｆθレンズ１９は、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査された加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑとを加工対象物７の加工面８上に集光するものである。したがって、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑは、各モータ３１、３２の回転制御によって、加工対象物７の加工面８上でＸ方向とＹ方向に２次元走査される。

【0025】

加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑとでは、波長が異なる。そのため、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が一定の場合、加工レーザ光Ｒと可視レ
ーザ光Ｑが集光する位置（以下、「焦点位置Ｆ」という。）は、上下方向で異なってしまう。そこで、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑの焦点位置Ｆは、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が調整されることによって、加工対象物７の加工面８上に合わせられる。

【0026】

カメラ１０３は、加工対象物７の加工面８に向けられた状態で、ｆθレンズ１９付近に設けられている。これにより、カメラ１０３は、例えば、加工対象物７の加工面８上に照射されるガイド光Ｑを撮像して、後述する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５６に表示し、これから行う加工画像と加工対象物７との位置合わせが適切であるかをユーザが確認できるようにするものであって良い。

【0027】

次に、レーザ加工装置１を構成する印字情報作成部２とレーザ加工部３の回路構成について図２に基づいて説明する。まず、レーザ加工部３の回路構成について説明する。

【0028】

図２に示すように、レーザ加工部３は、レーザコントローラ６、ガルバノコントローラ３５、ガルバノドライバ３６、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８、光学系ドライバ７８、カメラ１０３、及び温度センサ１２０等から構成されている。レーザコントローラ６は、レーザ加工部３の全体を制御する。レーザコントローラ６には、ガルバノコントローラ３５、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８、及び光学系ドライバ７８等が電気的に接続されている。また、レーザコントローラ６及びカメラ１０３には、外部の印字情報作成部２が双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ６は、印字情報作成部２から送信された各情報（例えば、印字情報、レーザ加工部３に対する制御パラメータ、ユーザからの各種指示情報等）を受信可能に構成されている。カメラ１０３は、印字情報作成部２から送信された各情報（例えば、撮像指示情報等）を受信可能に構成され、また、撮像した画像を印字情報作成部２に送信可能に構成されている。

【0029】

レーザコントローラ６は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、及びＲＯＭ４３等を備えている。ＣＰＵ４１は、レーザ加工部３の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、及びＲＯＭ４３は、不図示のバスにより相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。

【0030】

ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１により演算された各種の演算結果や印字パターンの（ＸＹ座標）データ等を一時的に記憶させておくためのものである。

【0031】

ＲＯＭ４３は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、例えば、印字情報作成部２から送信された印字情報に基づいて印字パターンのＸＹ座標データを算出してＲＡＭ４２に記憶するプログラムや、可視レーザ光Ｑによる正方形状の軌跡のＸＹ座標データを算出してＲＡＭ４２に記憶するプログラム等が記憶されている。なお、各種プログラムには、上述したプログラムに加えて、例えば、各種のディレイ値、印字情報作成部２から入力された印字情報に対応する印字パターンの太さ、深さ及び本数、レーザ発振器２１のレーザ出力、加工レーザ光Ｒのレーザパルス幅、ガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｒを走査する速度、及びガルバノスキャナ１８による可視レーザ光Ｑを走査する速度等を示す各種制御パラメータをＲＡＭ４２に記憶するプログラム等がある。さらに、ＲＯＭ４３には、フォントの種類別に、直線と楕円弧とで構成された各文字のフォントの始点、終点、焦点、曲率等のデータが記憶されている。

【0032】

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に記憶されている各種のプログラムに基づいて各種の演算及び制御を行う。

【0033】

ＣＰＵ４１は、印字情報作成部２から入力された印字情報に基づいて算出した印字パタ
ーンのＸＹ座標データ、可視レーザ光Ｑによる正方形状の軌跡のＸＹ座標データ、ガルバノスキャナ１８による可視レーザ光Ｑを走査する速度、及びガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｒを走査する速度等を示すガルバノ走査速度情報等を、ガルバノコントローラ３５に出力する。また、ＣＰＵ４１は、印字情報作成部２から入力された印字情報に基づいて設定したレーザ発振器２１のレーザ出力、及び加工レーザ光Ｒのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報を、レーザドライバ３７に出力する。

【0034】

ＣＰＵ４１は、可視半導体レーザ２８の点灯開始を指示するオン信号又は消灯を指示するオフ信号を半導体レーザドライバ３８に出力する。

【0035】

ガルバノコントローラ３５は、レーザコントローラ６から入力された各情報（例えば、印字パターンのＸＹ座標データ、可視レーザ光Ｑによる正方形状の軌跡のＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報等）に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２の駆動角度、回転速度等を算出して、駆動角度及び回転速度を示すモータ駆動情報をガルバノドライバ３６に出力する。ガルバノドライバ３６は、ガルバノコントローラ３５から入力されたモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２を駆動制御して、加工レーザ光Ｒと可視レーザ光Ｑを２次元走査する。

【0036】

レーザドライバ３７は、レーザコントローラ６から入力されたレーザ発振器２１のレーザ出力、及び加工レーザ光Ｒのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報等に基づいて、レーザ発振器２１を駆動させる。半導体レーザドライバ３８は、レーザコントローラ６から入力されたオン信号又はオフ信号に基づいて、可視半導体レーザ２８を点灯駆動又は、消灯させる。

【0037】

光学系ドライバ７８は、レーザコントローラ６から入力された情報（例えば、後述する指令値等）に基づいて、光学系モータ８０を駆動制御して、第２レンズ７４を移動させる。

【0038】

また、温度センサ１２０は、レーザ発振器２１の温度を計測する。温度センサ１２０も、印字情報作成部２と電気的に接続されており、印字情報作成部２は、温度センサ１２０によりレーザ発振器２１の温度を知ることができる。

【0039】

次に、印字情報作成部２の回路構成について説明する。印字情報作成部２は、制御部５１、入力操作部５５、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５６、及びＣＤ－ＲＯＭドライブ５８等を備えている。制御部５１には、不図示の入出力インターフェースを介して、入力操作部５５、液晶ディスプレイ５６、及びＣＤ－ＲＯＭドライブ５８等が接続されている。

【0040】

入力操作部５５は、不図示のマウス及びキーボード等から構成されており、例えば、各種指示情報をユーザが入力する際に使用される。

【0041】

ＣＤ－ＲＯＭドライブ５８は、各種データ、及び各種アプリケーションソフトウェア等をＣＤ－ＲＯＭ５７から読み込むものである。

【0042】

制御部５１は、印字情報作成部２の全体を制御するものであって、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）６６等を備えている。ＣＰＵ６１は、印字情報作成部２の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、及びＲＯＭ６３は、不図示のバスにより相互に接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。さらに、ＣＰＵ６１とＨＤＤ６６とは、不図示の入出力インターフェースを介して接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。

【0043】

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。ＲＯＭ６３は、各種のプログラム等を記憶させておくものである。

【0044】

ＨＤＤ６６には、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、及び各種データファイル等が記憶される。

【0045】

以下、以上のように構成されたレーザ加工装置１が実行する制御処理を、図３～図５に基づいて説明する。図３は、コントローラ６、特にＣＰＵ４１が実行する制御信号情報生成処理の手順を示している。この制御信号情報生成処理は、例えば、レーザ発振ユニット１２を作動させるためのレーザイネーブル信号をＣＰＵ４１が受け付けたときに開始される。以降、各処理の手順の説明において、ステップを「Ｓ」と表記する。

【0046】

図３において、まずＣＰＵ４１は、レーザ発振器２１の温度を取得する（Ｓ１０）。ＣＰＵ４１は、レーザ発振器２１の温度を、上記温度センサ１２０からの出力に基づいて取得する。なお、温度センサ１２０は、レーザ発振器２１の温度を直接計測しているが、これに限らず、レーザ加工装置１の周囲の温度を計測し、計測した温度に基づいてレーザ発振器２１の温度を推定するようにしてもよい。さらに、印字情報作成部２から送信された情報にレーザ加工装置１の周囲の温度に関する情報が含まれていれば、ＣＰＵ４１は、この温度に関する情報に基づいてレーザ発振器２１の温度を推定するようにしてもよい。この場合、温度センサ１２０は必要ない。

【0047】

次にＣＰＵ４１は、カウンタＮを“１”に初期化する（Ｓ１２）。カウンタＮは、例えば、上記ＲＡＭ４２に確保されたカウンタ領域（図示せず）をＣＰＵ４１がカウントアップすることで、カウンタとして機能させるソフトウェアカウンタであり、レーザ発振器２１に供給する制御信号のデューティ比を複数段階で変動させるために使用する。

【0048】

次にＣＰＵ４１は、動作開始当初の制御信号の周波数をレーザドライバ３７に出力する（Ｓ１４）。図４は、レーザドライバ３７がレーザ発振器２１に供給する制御信号とその制御信号によりPWM制御されてレーザ発振器２１から出力されるレーザのレーザパワーを示している。そして、図４（ａ）は、動作開始当初のレーザパワーの推移を示し、図４（ｂ）は、動作開始当初の制御信号の推移を示し、図４（ｃ）は、定常印字中の制御信号の推移を示している。つまり、図４（ａ）のレーザパワーは、図４（ｂ）の制御信号を動作開始当初にレーザ発振器２１に供給したときに、レーザ発振器２１から出力されたレーザパワーを示している。図４の例では、動作開始当初の制御信号の周波数は、定常印字中の制御信号の周波数の５倍としている。したがって、定常印字中の制御信号の周波数が、例えば、２０ｋＨｚであるとすると、動作開始当初の制御信号の周波数は、１００ｋＨｚである。なお、実験結果により、動作開始当初の制御信号の周波数は、定常印字中の制御信号の周波数の２倍から１０倍の間であることが好ましい。なお、動作開始当初とは、レーザ発振器２１の発振直後から後述する所定時間が経過するまでの期間を示す。また、定常印字中とは、レーザ発振器２１が発振されてから前記所定時間経過後の動作期間であり、レーザパワーが所望の出力に安定して制御されている。

【0049】

次にＣＰＵ４１は、上記Ｓ１０で取得した温度に基づいて、第Ｎ段の制御信号のデューティ比を決定する（Ｓ１６）。今、Ｎ＝１であるので、ＣＰＵ４１は、図４（ｂ）において時間Ｔ１の区間のデューティ比を決定する。図４（ｂ）に示すように、デューティ比の大きさは、時間Ｔ１内では同一であり、段階が上がるに従い、つまり、時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５とレーザ発振器２１が動作を開始してからの経過時間が階段状に上がるに従い、大きくなるようになっている。そして、各時間Ｔ１～Ｔ５における各デューティ比は、図５（ｂ）に示すように、取得した温度（本実施形態では、動作開始前に取得した温度であって、動作開始当初の動作中に取得した温度ではないが、その動作中に取得した温度で
あってもよい）が高くなるに従って大きくなるように変動させている。これは、図５（ａ）に示すように、レーザ発振器２１のレーザパワーは、同じデューティ比の制御信号をレーザ発振器２１に供給したとしても、レーザ発振器２１の温度が高くなるに従って小さくなるからである。

【0050】

このように、デューティ比は、温度と段階Ｎに依存しているので、温度と段階Ｎにデューティ比を対応付け、例えば上記ＲＯＭ４３に、工場設定等により事前に記憶させておけば、Ｓ１６では、ＣＰＵ４１は、取得した温度とＮ＝１に対応付けられたデューティ比をＲＯＭ４３から読み出すことで、第１段のデューティ比を決定することができる。

【0051】

次にＣＰＵ４１は、決定した第１段のデューティ比をレーザドライバ３７に出力する（Ｓ１８）。レーザドライバ３７は、この時点で、制御信号の周波数と第１段のデューティ比を取得しているので、第１段のデューティ比の制御信号を取得した周波数でレーザ発振器２１に供給する。

【0052】

そして、ＣＰＵ４１は、第１段の所定時間、つまり図４（ｂ）における時間Ｔ１経過するまで待機し（Ｓ２０：ＮＯ）、時間Ｔ１経過すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、Ｎ＝ｋであるか否かを判断する（Ｓ２４）。ｋは定常印字に到るまでのステージ数を示し、図４の例では、ｋ＝５であるので、Ｎ（＝１）≠ｋ（＝５）となり（Ｓ２４：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、カウンタＮを“１”だけインクリメントした（Ｓ２６）後、処理を上記Ｓ１６に戻す。

【0053】

Ｓ１６では、ＣＰＵ４１は、段階を第１段から第２段に変更して、第２段の制御信号のデューティ比を決定する。この場合、ＣＰＵ４１は、取得した温度とＮ＝２に対応付けられたデューティ比をＲＯＭ４３から読み出すことで、第２段のデューティ比を決定する。続くＳ１８では、ＣＰＵ４１は、決定した第２段のデューティ比をレーザドライバ３７に出力する。レーザドライバ３７は、第２段のデューティ比の制御信号を取得した周波数でレーザ発振器２１に供給する。そして、ＣＰＵ４１は、第２段の所定時間、つまり図４（ｂ）における時間Ｔ２経過するまで待機し（Ｓ２０：ＮＯ）、時間Ｔ２経過すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、Ｎ＝ｋであるか否かを判断する（Ｓ２４）。図４の例では、ｋ＝５であるので、Ｎ（＝２）≠ｋ（＝５）となり（Ｓ２４：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、カウンタＮを“１”だけインクリメントした（Ｓ２６）後、処理を上記Ｓ１６に戻す。

【0054】

ＣＰＵ４１は、以上の処理をＮ＝５まで繰り返すと、Ｓ２４の判断で、Ｎ（＝５）＝ｋ（＝５）となり（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、定常印字の周波数とデューティ比をレーザドライバ３７に出力した（Ｓ２８）後、制御信号情報生成処理を終了する。ここで、定常印字の周波数は、上述のように、例えば１００ｋＨｚであり、デューティ比は、図４（ｃ）に示すように、例えば５０％である。

【0055】

時間Ｔ１から時間Ｔ５までの時間Ｔ１－Ｔ５は、オーバーシュートが始まってから終わるまでの時間に余裕時間を加えた時間であることが好ましい。オーバーシュートが終わったにも拘わらず、動作開始当初の周波数とデューティ比の制御信号をレーザ発振器２１に供給し続けていると、定常印字にて所望のパワーよりも低いパワーで加工を行ってしまい、加工不良が発生する虞が生ずるからである。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、オーバーシュートの出現時間は、略７５０μｓであるので、上記時間Ｔ１－Ｔ５は、少なくとも７００～８００μｓであることが好ましい。

【0056】

また、実験結果により、常温時（２０℃±１５℃）の制御信号のデューティ比は、オーバーシュート時間、例えば、上記略７５０μｓの１／１０より短いパルス幅、つまり、略７５μｓより短いパルス幅であることが好ましい。本実施形態では、定常印字中の制御信
号の周波数でも、２０ｋＨｚであり、その周期は、５０μｓであるので、オーバーシュート時間の１／１０より短いパルス幅となっている。

【0057】

なお、レーザパワーとデューティ比との関係については、上記説明では言及していないが、例えば、レーザパワーが５Ｗ出力の場合、デューティ比を１０～１５％で調整し、レーザパワーが１０Ｗ出力の場合、デューティ比を２０～４０％で調整し、レーザパワーが１５Ｗ出力の場合、デューティ比を３０～７５％で調整すればよい。したがって、レーザパワーの値を考慮しない場合、デューティ比は、１０～８０％の範囲内で調整するようにすればよい。

【0058】

また、デューティ比を％ではなく、倍率で表現すると、レーザパワーが５Ｗ出力の場合、デューティ比を１．１～１．５倍で調整し、レーザパワーが１０Ｗ出力の場合、デューティ比を１．２～２倍で調整し、レーザパワーが１５Ｗ出力の場合、デューティ比を１．３～２．５倍で調整すればよい。したがって、レーザパワーの値を考慮しない場合、デューティ比は、１．１～２．５倍の範囲内で調整するようにすればよい。

【0059】

以上説明したように、本実施形態のレーザ加工装置１は、加工レーザ光Ｒを加工対象物７に照射して加工対象物７を加工するレーザ加工装置であって、入力される制御信号に基づいて加工レーザ光Ｒを発振するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１の温度に係る情報である温度情報を取得する温度センサ１２０と、制御信号を出力するＣＰＵ４１と、を備えている。そして、ＣＰＵ４１は、加工対象物７を加工する際には、動作開始当初の制御信号の周波数を定常印字中の周波数より高くするように調整する周波数調整処理と、温度センサ１２０により取得された温度情報が示す温度の高さに応じて制御信号のデューティ比を大きくするように調整するデューティ比調整処理と、を実行する。

【0060】

このように、本実施形態のレーザ加工装置１では、加工対象物７を加工する際には、動作開始当初の制御信号の周波数を定常印字中の周波数より高くするように調整するとともに、温度センサ１２０により取得された温度情報が示す温度の高さに応じて制御信号のデューティ比を大きくするように調整するようにしたので、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器２１の温度に依存するオーバーシュートを抑制することが可能となる。

【0061】

ちなみに、本実施形態において、ＣＰＵ４１は、「制御部」の一例である。加工対象物７は、「ワーク」の一例である。加工レーザ光Ｒは、「レーザ光」の一例である。レーザ発振器２１は、「レーザ発振部」の一例である。温度センサ１２０は、温度センサ１２０は、「温度取得部」の一例である。定常印字は、「定常動作」の一例である。

【0062】

また、周波数調整処理において、動作開始当初の制御信号の周波数は、定常印字中の周波数の２～１０倍である、ことを特徴とする。

【0063】

これにより、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器２１の温度に依存するオーバーシュートを確実に抑制することが可能となる。

【0064】

また、周波数調整処理において、動作開始当初は、少なくとも動作開始から７００～８００μｓ経過するまでである、ことを特徴とする。

【0065】

これにより、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器２１の温度に依存するオーバーシュートを確実に抑制することが可能となるとともに、定常印字時のパワー不足に起因する加工不良の発生を確実に抑制することが可能となる。

【0066】

また、デューティ比調整処理において、常温時の制御信号のパルス幅は、レーザ発振器
２１のレーザ出力のオーバーシュート時間の１／１０より短い、ことを特徴とする。

【0067】

これにより、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器２１の温度に依存するオーバーシュートをさらに確実に抑制することが可能となる。

【0068】

また、デューティ比調整処理において、制御信号のデューティ比は、１０～８０％の範囲で調整する、ことを特徴とする。

【0069】

これにより、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器２１の温度に依存するオーバーシュートを確実に抑制することが可能となる。

【0070】

また、デューティ比調整処理において、制御信号のデューティ比は、１.１～２.５倍の範囲で調整する。

【0071】

これにより、発振直後のレーザ出力の、レーザ発振器２１の温度に依存するオーバーシュートを確実に抑制することが可能となる。

【0072】

なお、本願は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0073】

（１）上記実施形態では、動作開始当初に相当する時間を複数段階に分けて、その段階毎にデューティ比を変動するようにしたが、これに限らず、動作開始当初に相当する時間に亘って、取得したレーザ発振器２１の温度に応じたデューティ比を１つ決定し、そのデューティ比をレーザドライバ３７に出力するようにしてもよい。

【0074】

（２）上記実施形態では、各段階のデューティ比は、すべて異なるようにしたが、これに限らず、一部同じであってもよい。

【0075】

（３）上記実施形態では、動作開始当初に相当する時間に亘って１つの周波数をレーザドライバ３７に出力するようにしたが、これに限らず、段階毎に異なる周波数をレーザドライバ３７に出力するようにしてもよい。この場合、一部の段階で、同じ周波数をレーザドライバ３７に出力するようにしてもよいし、すべての段階で、異なる周波数をレーザドライバ３７に出力するようにしてもよい。

【0076】

（４）上記実施形態では、各段階の時間は、同一としたが、これに限らず、異なるようにしてもよい。この場合、一部の段階で、同じ時間としてもよいし、すべての段階で、異なる時間としてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１…レーザ加工装置、６…レーザコントローラ、７…加工対象物、３７…レーザドライバ、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＡＭ、４３…ＲＯＭ、Ｒ…加工レーザ光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】