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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-18
(45)【発行日】2024-07-26
(54)【発明の名称】加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 26/00 20140101AFI20240719BHJP
B23K 26/38 20140101ALI20240719BHJP
B23K 26/03 20060101ALI20240719BHJP
【ＦＩ】
B23K26/00 Q
B23K26/38
B23K26/03
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2023178228
(22)【出願日】2023-10-16
【審査請求日】2023-12-25
(31)【優先権主張番号】P 2023006493
(32)【優先日】2023-01-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390014672
【氏名又は名称】株式会社アマダ
(74)【代理人】
【識別番号】110001612
【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】原 英夫
(72)【発明者】
【氏名】西田 純一
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 雅仁
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 治也
(72)【発明者】
【氏名】湧井 宗忠
【審査官】豊島 唯
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２２－１１８７７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２０５７７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７７１７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６１４７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０７１１６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３１９３７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を加工照射条件で被加工材に照射して前記被加工材を加工する加工工程と、前記レーザ光を前記被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件で前記被加工材に照射して前記被加工材の加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニットと、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、
前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する判定部と、
前記判定部により判定された判定結果を報知する報知部と、
を備える
加工性判定装置。
【請求項2】
前記レーザ加工ユニットは、前記加工性判定工程において、前記判定照射条件で、前記レーザ光を前記被加工材の素材内部に繰り返し照射し、前記特徴量抽出部は、前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の時間的変化を特徴量情報として抽出し、
前記基準情報は、前記被加工材の温度上昇の度合いを示す判定基準を含み、
前記判定部は、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度の時間的変化が、前記判定基準を外れる温度上昇の状態か否かによって、前記被加工材の加工性を判定する
請求項１記載の加工性判定装置。
【請求項3】
前記レーザ加工ユニットは、前記加工性判定工程において、前記判定照射条件で、前記レーザ光を、照射位置を移動させながら前記被加工材の素材表面に照射し、前記特徴量抽出部は、前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の位置的変化を特徴量情報として抽出し、
前記基準情報は、前記被加工材の基準温度範囲及び温度のばらつきの少なくとも一方に基づく判定基準を含み、
前記判定部は、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度の位置的変化が、前記判定基準を満たすかどうかによって、前記被加工材の加工性を判定する
請求項１記載の加工性判定装置。
【請求項4】
前記判定照射条件は、第１の照射条件及び第２の照射条件を含み、前記レーザ加工ユニットは、前記加工性判定工程において、前記第１の照射条件で、前記レーザ光を、照射位置を移動させながら前記被加工材の素材表面に照射し、前記第２の照射条件で、前記レーザ光を前記被加工材の素材内部に繰り返し照射し、
前記測定部は、前記第１の照射条件で前記レーザ光が前記被加工材に照射されたときに発生する放射光の第１の赤外線強度と、前記第２の照射条件で前記レーザ光が前記被加工材に照射されたときに発生する放射光の第２の赤外線強度と、を測定し、
前記特徴量抽出部は、前記測定部によって測定された前記第１の赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の位置的変化を示す第１の特徴量情報を抽出すると共に、前記測定部によって測定された前記第２の赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の時間的変化を示す第２の特徴量情報を抽出し、
前記判定部は、前記第１の特徴量情報を前記基準情報に含まれる第１の判定基準と比較すると共に、前記第２の特徴量情報を前記基準情報に含まれる第２の判定基準と比較して、その結果の組み合わせに基づき前記被加工材の前記加工性を判定する
請求項１記載の加工性判定装置。
【請求項5】
前記レーザ加工ユニットは、前記第２の照射条件で前記レーザ光を前記被加工材の素材内部に照射する前に、第３の照射条件で前記レーザ光を前記被加工材の素材表面に照射して前記被加工材の表面改質を行う請求項４記載の加工性判定装置。
【請求項6】
前記表面改質は、前記第３の照射条件で照射された前記レーザ光により前記被加工材の素材表面を平均深さ０．０５ｍｍ～１．５ｍｍ及び平均粗さ１０μｍ以下で除去するものである請求項５記載の加工性判定装置。
【請求項7】
前記測定部は、１６００ｎｍ以上の波長帯の前記赤外線強度を測定する請求項１記載の加工性判定装置。
【請求項8】
前記第１の照射条件、前記第２の照射条件及び前記第３の照射条件のレーザ出力は、前記加工照射条件のレーザ出力よりも小さく、前記第１の照射条件及び前記第２の照射条件のレーザ出力は、前記第３の照射条件のレーザ出力よりも小さく、
前記第１の照射条件のレーザ出力は、前記第２の照射条件のレーザ出力よりも小さい
請求項５記載の加工性判定装置。
【請求項9】
前記第１の照射条件で照射される前記レーザ光のエネルギー密度は、１Ｗ／ｍｍ２以上５Ｗ／ｍｍ２未満であり、前記第２の照射条件で照射される前記レーザ光のエネルギー密度は、５Ｗ／ｍｍ２以上１０Ｗ／ｍｍ２以下である
請求項４記載の加工性判定装置。
【請求項10】
前記第１の判定基準は、前記被加工材の基準温度範囲及び温度のばらつきの少なくとも一方に関する情報を含み、前記第２の判定基準は、前記被加工材の温度上昇の度合いを示す情報を含む
請求項４記載の加工性判定装置。
【請求項11】
レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射する工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する工程と、
特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する工程と、
判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する工程と、
報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知する工程と、を含む
加工性判定方法。
【請求項12】
前記照射する工程では、前記レーザ加工ユニットが、前記判定照射条件で、前記レーザ光を前記被加工材の素材内部に繰り返し照射し、前記抽出する工程では、前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の時間的変化を特徴量情報として抽出し、
前記基準情報として、前記被加工材の温度上昇の度合いを示す判定基準が予め記録されており、
前記判定する工程では、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度の時間的変化が、前記判定基準を外れる温度上昇の状態か否かによって、前記被加工材の加工性を判定する
請求項１１記載の加工性判定方法。
【請求項13】
前記照射する工程では、前記レーザ加工ユニットが、前記判定照射条件で、前記レーザ光を、照射位置を移動させながら前記被加工材の素材表面に照射し、前記抽出する工程では、前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の位置的変化を特徴量情報として抽出し、
前記基準情報として、前記被加工材の基準温度範囲及び温度のばらつきの少なくとも一方に基づく判定基準が予め記録されており、
前記判定する工程では、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度の位置的変化が、前記判定基準を満たすかどうかによって、前記被加工材の加工性を判定する
請求項１１記載の加工性判定方法。
【請求項14】
前記判定照射条件は、第１の照射条件及び第２の照射条件を含み、前記照射する工程では、前記第１の照射条件で、前記レーザ光を、照射位置を移動させながら前記被加工材の素材表面に照射し、前記第２の照射条件で、前記レーザ光を、前記被加工材の素材内部に繰り返し照射し、
前記測定する工程では、前記測定部が前記第１の照射条件で前記レーザ光が前記被加工材に照射されたときに発生する放射光の第１の赤外線強度と、前記第２の照射条件で前記レーザ光が前記被加工材に照射されたときに発生する放射光の第２の赤外線強度と、を測定し、
前記抽出する工程では、前記特徴量抽出部が前記測定部により測定された前記第１の赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の位置的変化を示す第１の特徴量情報を抽出すると共に、前記測定部により測定された前記第２の赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の時間的変化を示す第２の特徴量情報を抽出し、
前記判定する工程では、前記第１の特徴量情報を前記基準情報に含まれる第１の判定基準と比較すると共に、前記第２の特徴量情報を前記基準情報に含まれる第２の判定基準と比較して、その結果の組み合わせに基づき前記被加工材の前記加工性を判定する
請求項１１記載の加工性判定方法。
【請求項15】
レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射させる工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定させる工程と、
特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出させる工程と、
判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定させる工程と、
報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知させる工程と、を含み、
前記判定照射条件は、第１の照射条件及び第２の照射条件を含み、
前記照射させる工程では、前記第１の照射条件で、前記レーザ光を、照射位置を移動させながら前記被加工材の素材表面に照射させ、前記第２の照射条件で、前記レーザ光を、前記被加工材の素材内部に繰り返し照射させ、
前記測定させる工程では、前記測定部によって前記第１の照射条件で前記レーザ光が前記被加工材に照射されたときに発生する放射光の第１の赤外線強度と、前記第２の照射条件で前記レーザ光が前記被加工材に照射されたときに発生する放射光の第２の赤外線強度と、を測定させ、
前記抽出させる工程では、前記特徴量抽出部によって前記測定部により測定された前記第１の赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の位置的変化を示す第１の特徴量情報を抽出させると共に、前記測定部により測定された前記第２の赤外線強度の時系列データに基づき前記被加工材の温度の時間的変化を示す第２の特徴量情報を抽出させ、
前記判定させる工程では、前記第１の特徴量情報を前記基準情報に含まれる第１の判定基準と比較させると共に、前記第２の特徴量情報を前記基準情報に含まれる第２の判定基準と比較させて、その結果の組み合わせに基づき前記被加工材の前記加工性を判定させることを、コンピュータに実行させる
加工性判定プログラム。
【請求項16】
レーザ光を加工照射条件で被加工材に照射して前記被加工材を加工する加工工程と、前記レーザ光を前記被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で前記被加工材に照射して前記被加工材の加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニットと、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、
前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する判定部と、
前記判定部により判定された判定結果を報知する報知部と、
を備え、
前記被加工材がステンレス鋼の場合、前記基準情報は、前記レーザ光の照射開始後の所定期間における前記被加工材の温度上昇値、及び前記レーザ光の照射開始から所定時間経過後の前記被加工材の冷却到達温度に基づく判定基準を含み、
前記判定部は、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度上昇値、及び前記被加工材の冷却到達温度が、前記判定基準を満たすか否かによって、前記被加工材の加工性を判定する
加工性判定装置。
【請求項17】
レーザ光を加工照射条件で被加工材に照射して前記被加工材を加工する加工工程と、前記レーザ光を前記被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で前記被加工材に照射して前記被加工材の加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニットと、
前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、
前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する判定部と、
前記判定部により判定された判定結果を報知する報知部と、
を備え、
前記被加工材がアルミニウム合金の場合、前記基準情報は、前記レーザ光の照射開始から所定時間内の前記被加工材の最高到達温度に基づく判定基準を含み、
前記判定部は、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の最高到達温度が、前記判定基準を満たすか否かによって、前記被加工材の加工性を判定する
加工性判定装置。
【請求項18】
前記判定照射条件は、第１の照射条件及び第２の照射条件を含み、前記レーザ加工ユニットは、前記第１の照射条件で前記レーザ光を前記被加工材の素材内部に照射する前に、前記第２の照射条件で前記レーザ光を前記被加工材の素材表面に照射して前記被加工材の表面改質を行う
請求項１７記載の加工性判定装置。
【請求項19】
前記測定部は、１６００ｎｍ以上の波長帯の前記赤外線強度を測定する請求項１６又は１７記載の加工性判定装置。
【請求項20】
レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射する工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する工程と、
特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する工程と、
判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する工程と、
報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知する工程と、を含み、
前記被加工材がステンレス鋼の場合は、
前記基準情報として、前記レーザ光の照射開始後の所定期間における前記被加工材の温度上昇値、及び前記レーザ光の照射開始から所定時間経過後の前記被加工材の冷却到達温度に基づく判定基準が予め記録されており、
前記判定する工程では、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度上昇値及び前記被加工材の冷却到達温度が、前記判定基準を満たすか否かによって、前記被加工材の加工性を判定する
加工性判定方法。
【請求項21】
レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射する工程と、
測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する工程と、
特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する工程と、
判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する工程と、
報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知する工程と、を含み、
前記被加工材がアルミニウム合金の場合は、
前記基準情報として、前記レーザ光の照射開始から所定時間内の前記被加工材の最高到達温度に基づく判定基準が予め記録されており、
前記判定する工程では、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の最高到達温度が、前記判定基準を満たすか否かによって、前記被加工材の加工性を判定する
加工性判定方法。
【請求項22】
レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射させる工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定させる工程と、
特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出させる工程と、
判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定させる工程と、
報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知させる工程と、を含み、
前記被加工材がステンレス鋼の場合は、
前記基準情報として、前記レーザ光の照射開始後の所定期間における前記被加工材の温度上昇値、及び前記レーザ光の照射開始から所定時間経過後の前記被加工材の冷却到達温度に基づく判定基準が予め記録されており、
前記判定させる工程では、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の温度上昇値及び前記被加工材の冷却到達温度が、前記判定基準を満たすか否かによって、前記被加工材の加工性を判定させることを、コンピュータに実行させる
加工性判定プログラム。
【請求項23】
レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射させる工程と、
測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定させる工程と、
特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出させる工程と、
判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定させる工程と、
報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知させる工程と、を含み、
前記被加工材がアルミニウム合金の場合は、
前記基準情報として、前記レーザ光の照射開始から所定時間内の前記被加工材の最高到達温度に基づく判定基準が予め記録されており、
前記判定させる工程では、前記特徴量情報に含まれる前記被加工材の最高到達温度が、前記判定基準を満たすか否かによって、前記被加工材の加工性を判定させることを、コンピュータに実行させる
加工性判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、レーザ加工機等のレーザ加工装置においては、一般的に被加工材の材質及び板厚に応じた加工条件が予め設定されている。従って、レーザ加工装置のオペレータは、被加工材の材質及び板厚に合致した加工条件を選択して、もしくは加工プログラムの指示する加工条件にてレーザ加工を実施する。
【0003】
しかし、同じ名称の材質及び板厚の被加工材であっても、製造国、製造メーカ、製造ロット及び保管状況等の個体差によって、レーザ加工装置に事前に用意されている加工条件のままでは、良好な加工品質が得られないことがある。また、ステンレス鋼及びアルミニウム合金など各種の用途に応じて様々な材料が開発されており、材料を構成する合金元素量及び製造プロセス等によって、レーザ加工装置に事前に用意されている汎用材用の加工条件のままでは、同様に良好な加工品質が得られないこともある。
【0004】
このため、レーザ加工ヘッドの内部に設けられた検出部により、加工中のレーザ光の照射に伴う加工点及びその近傍を含む加工点側からの戻り光を検出し、監視部によって加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に抽出して加工の加工状態を監視する技術が知られている（特許文献１参照）。また、被加工材の材質及び板厚に適した加工条件を選択した上で、被加工材の実際の材質及び板厚を測定し、選択した加工条件を、測定結果に応じて修正する技術も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１９－１６６５４３号公報
【文献】特許第６７５４６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特許文献１に開示された装置では、種々の加工条件の下で、実際のレーザ加工の加工状態を判定することはできるが、判定結果に基づき加工条件を修正することは想定されていない。また、上記特許文献２に開示された装置では、被加工材の材質及び板厚に応じて選択される加工条件を、実際に測定された材質及び板厚に基づいて修正することはできるが、選択された加工条件を修正しない場合、どの程度の加工品質が得られるのかを判定することは想定されていない。
【0007】
すなわち、上記従来技術は、判定された加工状態に応じた加工条件及び選択された加工条件に基づく被加工材の加工性（加工に適しているかどうかの程度）そのものを、例えば製造メーカ毎、製造ロット毎、又は保管状況毎に異なる実際の被加工材の個体差（品質のバラつき）に対応させて、実際の加工前に判定するものではなかった。
【0008】
このため、加工前に被加工材の加工条件に基づく加工性を判定して、その判定結果に基づいて、予め設定された加工条件での加工を行うか、被加工材に適した加工条件に変更するか等の判断を、テスト加工（試し加工）することなくオペレータがすることはできないという問題がある。
【0009】
本発明の一態様は、加工前に被加工材の加工条件に基づく加工性を判定して、判定結果を報知することで、これに基づくオペレータの判断を容易にし、加工不良を低減することが可能な加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様に係る加工性判定装置は、レーザ光を加工照射条件で被加工材に照射して前記被加工材を加工する加工工程と、前記レーザ光を前記被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件で前記被加工材に照射して前記被加工材の加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニットと、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する判定部と、前記判定部により判定された判定結果を報知する報知部と、を備える。
【0011】
本発明の一態様に係る加工性判定方法は、レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射する工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する工程と、特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する工程と、判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する工程と、報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知する工程と、を含む。
【0012】
本発明の一態様に係る加工性判定プログラムは、レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射させる工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定させる工程と、特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出させる工程と、判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定させる工程と、報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知させる工程と、をコンピュータに実行させる。
【0013】
本発明の一態様に係る加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムによれば、レーザ加工ユニットによって被加工材に素材の融点を超えない判定照射条件でレーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度の時系列データに基づき、被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出し、抽出された特徴量情報と、予め記録済みの被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づきレーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で被加工材を加工した場合の被加工材の加工性を判定し、判定結果を報知する。これにより、例えば加工前に被加工材の加工条件に基づく加工性を判定して判定結果を報知することができるので、実際の加工に際して予め設定された加工条件での加工を行うべきか、被加工材に適した加工条件に変更すべきか等の判定結果に基づくオペレータによる判断が容易になり、加工不良の低減を図ることが可能となる。
【0014】
本発明の他の態様に係る加工性判定装置は、レーザ光を加工照射条件で被加工材に照射して前記被加工材を加工する加工工程と、前記レーザ光を前記被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で前記被加工材に照射して前記被加工材の加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニットと、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、前記測定部によって測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する判定部と、前記判定部により判定された判定結果を報知する報知部と、を備える。
【0015】
本発明の他の態様に係る加工性判定方法は、レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射する工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する工程と、特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する工程と、判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定する工程と、報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知する工程と、を含む。
【0016】
本発明の他の態様に係る加工性判定プログラムは、レーザ加工ユニットによって、被加工材の素材を貫通しない範囲の判定照射条件で、前記被加工材にレーザ光を照射させる工程と、測定部によって、前記被加工材に前記判定照射条件で前記レーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定させる工程と、特徴量抽出部によって、前記測定部により前記被加工材の加工前に測定された前記赤外線強度の時系列データに基づいて、前記被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出させる工程と、判定部によって、前記抽出された特徴量情報と、予め記録済みの前記被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、前記レーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で前記被加工材を加工した場合の前記被加工材の加工性を判定させる工程と、報知部によって、前記判定部により判定された判定結果を報知させる工程と、をコンピュータに実行させる。
【0017】
本発明の他の態様に係る加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムによれば、レーザ加工ユニットによって被加工材に素材を貫通しない範囲の判定照射条件でレーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度の時系列データに基づき、被加工材の温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出し、抽出された特徴量情報と、予め記録済みの被加工材の加工性の判定用の基準情報と、に基づきレーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で被加工材を加工した場合の被加工材の加工性を判定し、判定結果を報知する。これにより、例えば加工前に被加工材の加工条件に基づく加工性を判定して判定結果を報知することができるので、実際の加工に際して予め設定された加工条件での加工を行うべきか、被加工材に適した加工条件に変更すべきか等の判定結果に基づくオペレータによる判断が容易になり、加工不良の低減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様によれば、加工前に被加工材の加工条件に基づく加工性を判定して、判定結果を報知することで、これに基づくオペレータの判断を容易にし、加工不良を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係る加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムを詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施の形態においては、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、実施の形態においては、各構成要素の配置、縮尺及び寸法等が誇張あるいは矮小化されて実際のものとは一致しない状態で示されている場合、並びに一部の構成要素につき記載が省略されて示されている場合があるとする。
【0021】
［第１の実施形態］
［加工性判定装置の機能的構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る加工性判定装置の機能的構成を示すブロック図である。図２は、加工性判定装置の概略構成を示す説明図である。図３は、加工性判定装置の機能的構成を示すブロック図である。
［加工性判定装置の機能的構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る加工性判定装置の機能的構成を示すブロック図である。図２は、加工性判定装置の概略構成を示す説明図である。図３は、加工性判定装置の機能的構成を示すブロック図である。
【0022】
図１に示すように、第１の実施形態に係る加工性判定装置として機能するレーザ加工装置１００は、レーザ光ＬＢを加工照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗを加工する加工工程と、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材の融点を超えない判定照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗの加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニット２０と、被加工材Ｗに判定照射条件でレーザ光ＬＢを照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する赤外線センサ（測定部）３０と、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された赤外線強度の時系列データに基づいて被加工材Ｗの温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部６８と、抽出された特徴量情報と、予め記録済みの被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、レーザ加工ユニット２０で、予め設定された加工条件で被加工材Ｗを加工した場合の被加工材Ｗの加工性を判定する判定部６６と、判定部６６により判定された判定結果を報知する報知部６７と、を備える。また、レーザ加工装置１００は、特徴量情報と、基準情報と、を記憶する記憶部６１を備える。なお、赤外線センサ３０は、放射温度計等の光強度を測定可能な機器で代用することも可能である。
【0023】
図２に示すように、レーザ加工装置１００は、例えば、赤外線センサ３０及びレーザ加工ユニット２０を制御するＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置６０と、ＮＣ装置６０からのトリガ信号に従って、赤外線センサ３０からの光強度信号をＡ／Ｄ変換してＮＣ装置６０に出力するＡ／Ｄ変換器４０と、を備えている。
【0024】
被加工材Ｗは、例えば、鉄鋼である場合、主成分として鉄（Ｆｅ）を含み、非鉄金属のアルミニウム合金鋼である場合、主成分としてアルミニウム（Ａｌ）を含む。被加工材Ｗは、これらの主成分の他にメーカが意図的に添加した元素、及び不純物として混入している元素を含む。
【0025】
なお、鉄鋼は、鉄（Ｆｅ）よりも酸化しやすい元素として、少なくとも炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（シリコン）（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）を含むものと考えられる。また、不純物は、ここでは、材質の主たる含有物ではない含有物のことを指し、被加工材Ｗの溶融時に気泡のような物理現象を誘発する物質も含むものとする。
【0026】
レーザ加工装置１００は、被加工材Ｗのレーザ切断、レーザ穴あけ等の加工を行う。レーザ加工装置１００は、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射して加工を行うレーザ加工ユニット２０を有する。レーザ加工ユニット２０は、板金等の被加工材Ｗを載置する加工テーブル１１と、図示しない駆動機構と、を含む。
【0027】
加工テーブル１１は、加工対象である被加工材Ｗを支持する。駆動機構は、例えば、加工テーブル１１に対して、第１の方向（Ｘ方向）に移動する第１軸（Ｘ軸）キャリッジと、この第１軸キャリッジ上を第１の方向と交差する第２の方向（Ｙ方向）に移動する第２軸（Ｙ軸）キャリッジと、を有する。
【0028】
レーザ加工ユニット２０は、レーザ光ＬＢを生成して射出するレーザ発振器２１と、第１及び第２軸キャリッジに搭載されてこれらによりＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されたレーザ加工ヘッド２２と、レーザ発振器２１で生成されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ヘッド２２へと伝送するプロセスファイバ２３と、を備える。
【0029】
また、レーザ加工装置１００は、アシストガスを供給するアシストガス供給装置（図示せず）を備えている。なお、レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド２２が被加工材Ｗに対して移動する構成に限定されるものではなく、被加工材Ｗがレーザ加工ヘッド２２に対して移動する構成も採用し得る。
【0030】
レーザ発振器２１は、例えば、レーザダイオードから発せられる種光が共振器でＹｂ（イッテルビウム：Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ）などを励起させ増幅させて所定の波長のレーザ光ＬＢを射出するタイプ、又はレーザダイオードより発せられるレーザ光ＬＢを直接利用するタイプのレーザ発振器等が用いられる。
【0031】
レーザ発振器２１は、波長９００ｎｍ～１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザ光ＬＢを射出する。例えば、ＤＤＬ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ）発振器は、波長９１０ｎｍ～９５０ｎｍのレーザ光ＬＢを射出し、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍのレーザ光ＬＢを射出する。
【0032】
また、青色半導体レーザは、波長４００ｎｍ～４６０ｎｍのレーザ光ＬＢを射出する。グリーンレーザは、波長５００ｎｍ～５４０ｎｍのレーザ光ＬＢを射出するファイバレーザ発振器又はＤＤＬ発振器でもよく、１μｍ帯のレーザ光ＬＢと光合成した多波長共振器であってもよい。また、レーザ発振器２１は、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗのどの位置に出射するかを確認するガイド光ＧＢ（例えば、波長６５０ｎｍ）を出射する（図示省略）。
【0033】
レーザ加工ヘッド２２は、レーザ光ＬＢの照射中心軸Ｃを含む筒状のハウジング２０ａを有し、ビームコントロールユニット２４を備える。ビームコントロールユニット２４は、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの材料に適した集光径及び発散角に制御する機能を有する。ビームコントロールユニット２４は、プロセスファイバ２３の出力端から射出されたレーザ光ＬＢを入射して平行光束に変換するコリメータレンズ２４ａと、コリメータレンズ２４ａから射出されたほぼ平行光束のレーザ光ＬＢをＸ軸及びＹ軸と直交する第３の方向（Ｚ方向）の下方に向けて反射すると共に、所定の波長の光を透過させるベンドミラー２４ｂと、ベンドミラー２４ｂで反射したレーザ光ＬＢを集束させて被加工材Ｗに照射する加工用の集光レンズ２４ｃと、を有する。
【0034】
ベンドミラー２４ｂには、例えば、少なくともレーザ光ＬＢ及びガイド光ＧＢの波長（例えば、１０８０ｎｍ、６５０ｎｍ）を反射するコーティングが施されている。なお、ベンドミラー２４ｂは、加工に用いる任意のレーザ光ＬＢの波長帯に応じて、透過率波長特性を変更して設計可能であるから、加工用のレーザ光のみを反射するようにコーティングしてもよい。
【0035】
ハウジング２０ａは、レーザ加工ヘッド２２の先端側においては、先細形状となるように形成されている。レーザ加工ヘッド２２は、その先端部に、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射するための円形の開口部２５ａを有するノズル２５を備えている。ノズル２５は、溶融した被加工材Ｗを除去するために、アシストガス供給装置から供給される所定のアシストガス圧のガス流をレーザ光ＬＢと共に被加工材Ｗに噴射するノズル機能を有する。ノズル２５は、レーザ加工ヘッド２２に着脱自在に設けられる。
【0036】
なお、コリメータレンズ２４ａ、ベンドミラー２４ｂ、集光レンズ２４ｃ及びノズル２５は、予め光軸が調整された状態でレーザ加工ヘッド２２内に固定されている。また、ビームコントロールユニット２４内には、集束位置を調整するために、コリメータレンズ２４ａを光軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に駆動するレンズ駆動部（図示せず）が設けられている。また、集束位置を調整するため、レーザ加工ヘッド２２自体を、図示しない駆動機構によって、Ｚ方向に移動可能に構成されていてもよい。
【0037】
赤外線センサ３０は、例えば、レーザ加工ヘッド２２のハウジング２０ａの上部に設けられたセンサユニット３１の内部に備えられている。センサユニット３１は、赤外線センサと共に、光学レンズ系（図示せず）を備えている。赤外線センサ３０は、ハウジング２０ａの上部のセンサユニット３１の内部における、ベンドミラー２４ｂの被加工材Ｗと対峙した透過側に設けられている。
【0038】
赤外線センサ３０は、被加工材Ｗの加工側からベンドミラー２４ｂに向かう光ＢＲに含まれる放射光のうち、ベンドミラー２４ｂを透過した所定波長帯の測定対象の赤外光（赤外線）ＩＲを入力して受光する。放射光は、レーザ光ＬＢにより加熱された被加工材Ｗの材料から発せられる広帯域の波長を有する電磁波のうち、熱輻射で放出される赤外線を含んでいる。赤外線センサ３０は、この赤外線を捉え、電気信号に変換する。
【0039】
本例の赤外線センサ（測定部）３０は、１６００ｎｍ以上の波長帯の赤外線強度を測定する。すなわち、赤外線センサ３０は、例えば、特定帯域（１６００ｎｍ以上、２５００ｎｍ以下）の波長のみを透過する波長フィルタを前段に配置し、後段に光電変換素子として、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）を用いたフォトダイオード使用している。
【0040】
なお、ＮＣ装置６０で別途可視光領域のエネルギー分布及び画像等をモニタリングする場合は、レーザ加工ヘッド２２の出射ユニット２２ａ側とセンサユニット３１との間にダイクロイックミラー（図示せず）を配置して、赤外線は透過させ、可視光を反射させるようにしてもよい。
【0041】
図３に示すように、ＮＣ装置６０は、加工を実行するレーザ加工ユニット２０の制御の他に、機能的には、演算処理部６３、制御部６４、表示部６２、入力部６５、記憶部６１、判定部６６、及び報知部６７を含む。演算処理部６３は、図１で示した特徴量抽出部６８を有する。演算処理部６３は、センサ信号処理ユニットとしても機能する。
【0042】
すなわち、赤外線センサ３０で捉えられ光電変換された電流出力のセンサ出力信号は、演算処理部６３に向けて伝送される。電流転送されたセンサ出力信号は、電流－電圧変換回路（図示せず）によって電圧信号に変換され、電圧信号に変換されたセンサ出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４０によりデジタル信号に変換されて、このデジタル信号が演算処理部６３に入力される。
【0043】
演算処理部６３は、特定の演算処理を高速で行えるハードウェア又はミドルウェアの演算処理装置等からなり、センサ出力信号の瞬時的な電圧値を赤外線の光強度に換算し、この光強度の時系列データを取得し得る。そして、演算処理部６３は、得られた光強度の時系列データに基づく温度特性の時間的遷移を表す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部６８として機能する。
【0044】
制御部６４は、出力Ｉ／Ｆ（インタフェース：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０８を介してレーザ加工ユニット２０の動作を制御する。表示部６２は、加工の加工条件等の各種情報を入力する設定入力画面、判定結果等のオペレータへ報知する各種情報の表示画面等を表示する。入力部６５は、例えばキーボード、トラックボール、マウス及びジョイスティック等の各種入力デバイスを含んで構成され得る。
【0045】
記憶部６１は、各種の記憶媒体を有すると共に、上述した特徴量情報及び基準情報等の様々な情報を読み書き可能に記憶する。判定部６６は、例えば記憶部６１に記憶された特徴量情報及び基準情報に基づいて、これから行う加工の加工条件に基づく被加工材Ｗの加工性を判定する。報知部６７は、判定部６６による判定結果を、表示部６２を介してオペレータに報知する。なお、基準情報は、実験等により選定されて定められた、予め記録された情報である。
【0046】
なお、表示部６２は、入力部６５として機能するタッチパネルを備えて構成され得る。表示部６２がタッチパネルを備えた場合は、オペレータは、例えば、表示部６２を操作することにより、入力Ｉ／Ｆ（インタフェース：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０７を介して被加工材Ｗに関する各種情報等を、ＮＣ装置６０の制御部６４に対して入力可能となる。
【0047】
［ハードウェア構成］
図４は、加工性判定装置のハードウェア構成を示す説明図である。なお、図４は、加工性判定装置として機能するレーザ加工装置１００のＮＣ装置６０のハードウェア構成を例に挙げて説明するが、ハードウェア構成はこれに限定されるものではなく、汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と同等の構成など、種々の構成を採用し得る。
図４は、加工性判定装置のハードウェア構成を示す説明図である。なお、図４は、加工性判定装置として機能するレーザ加工装置１００のＮＣ装置６０のハードウェア構成を例に挙げて説明するが、ハードウェア構成はこれに限定されるものではなく、汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と同等の構成など、種々の構成を採用し得る。
【0048】
図４に示すように、ＮＣ装置６０は、例えば、ＧＰＵ（画像演算処理装置：Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１２と、ＣＰＵ（中央演算処理装置：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）２０４と、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ：Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）２０５と、メモリカード２０６と、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）２１５と、を備えたハードウェアにより実現されている。
【0049】
また、ＮＣ装置６０は、上述した入力Ｉ／Ｆ（インタフェース：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０７と、出力Ｉ／Ｆ（インタフェース：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０８と、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０９と、を備える。ハードウェアの各構成部２０１～２０９，２１５は、それぞれバス２００によって相互に接続されている。
【0050】
入力Ｉ／Ｆ２０７には、キーボード、トラックボール、ジョイスティック、マウス及びタッチパネル等の上述した各種の入力デバイスの他、赤外線センサ３０等の測定装置、及び温度センサ、光センサ、音響センサ、画像センサ、分光センサ等の各種センサを含む入力機器２１１が接続され得る。出力Ｉ／Ｆ２０８には、報知部６７により情報を表示する表示部６２の他、図示しないスピーカ及びランプ等を含む出力機器２１０が接続され得る。通信Ｉ／Ｆ２０９は、インターネット等のネットワーク２１３を介して、サーバ等の外部機器２１４と通信を行う。上記レーザ加工装置１００の各構成部も、このようなハードウェアによって構成され得る。
【0051】
［加工性判定方法］
次に、加工性判定装置を用いた加工性の判定方法について説明する。
本実施形態では、被加工材Ｗとして軟鋼を用いた。本発明者等は、ＮＣ装置６０の標準加工条件で、素材内部の成分（内部成分）及び素材表面の性状（表面性状）の異なる種々の被加工材Ｗを加工（レーザ切断）して、被加工材Ｗの切断面を観察した。その結果、被加工材Ｗの加工性（切断性）は、被加工材Ｗの表面性状及び内部成分の特性（内部特性）に大きく影響を受けていることが判明した。
次に、加工性判定装置を用いた加工性の判定方法について説明する。
本実施形態では、被加工材Ｗとして軟鋼を用いた。本発明者等は、ＮＣ装置６０の標準加工条件で、素材内部の成分（内部成分）及び素材表面の性状（表面性状）の異なる種々の被加工材Ｗを加工（レーザ切断）して、被加工材Ｗの切断面を観察した。その結果、被加工材Ｗの加工性（切断性）は、被加工材Ｗの表面性状及び内部成分の特性（内部特性）に大きく影響を受けていることが判明した。
【0052】
すなわち、被加工材Ｗの表面性状とは、具体的には、被加工材Ｗの素材表面の表層部分における酸化膜の状態及び素材表面との密着性（以下、「酸化膜の状態及び密着性」と称する。）を意味する。ここで、表層部分とは、素材表面に形成された酸化膜のレイヤーに該当する部分のことを意味し、素材表面に酸化膜がない場合は、この表層部分もないこととなる。被加工材Ｗの加工性は、第１に、被加工材Ｗの素材表面の酸化膜の状態及び密着性に大きく影響されることが判明した。以下、この要因を「表面起因」と呼ぶ。表面起因が良好とはいえない場合の切断面は、レーザ入射面側の条痕の乱れが大きい。特に、酸化膜が剥離した部分では、条痕が乱れ、ノッチが発生し易い。
【0053】
また、被加工材Ｗの内部特性とは、具体的には、被加工材Ｗの内部成分による酸化反応の大きさを意味する。被加工材Ｗの加工性は、第２に、被加工材Ｗの内部成分に基づく酸化反応熱に大きく影響されることが判明した。以下、この要因を「内部起因」と呼ぶ。例えば、軟鋼の厚板では、アシストガスとして酸素を用い、レーザ光の熱と酸化反応熱を熱源として溶融切断を行う。そのとき、酸化反応しやすい元素が多いものは切断面が粗くなりやすい。酸化熱が大きいと過剰燃焼しやすくなることと、これらの元素は熱伝導率を小さくするために熱が拡散し難く、切断面の温度上昇を助長しやすいことと、が原因と考えられる。
【0054】
そこでまず、内部起因について調べるために、第１の調査を行った。第１の調査に当たっては、被加工材Ｗの表面状態の影響を排除するため、被加工材Ｗの素材表面の酸化膜を除去して表面状態を揃えた状態でレーザ切断を行った。酸化膜の除去は、所定のレーザ出力により表面の面粗さを所定値となるように所定の深さ削ることによって行った。レーザ切断は、レーザ出力３（ｋＷ）、加工速度６３０（ｍｍ／ｍｉｎ）及びアシストガスを酸素（Ｏ２）とした加工条件で行った。
【0055】
被加工材Ｗの材料の切断性は、レーザ光ＬＢの入熱が同じであっても内部成分の酸化反応熱が異なると大きく影響されるので、材料に含まれる鉄（Ｆｅ）よりも酸化しやすい元素量と相関があると考えられる。このため、上述した鉄（Ｆｅ）よりも酸化しやすい各元素（炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ））の酸化発熱量から酸化熱の大きさの指標（以下、「酸化熱指標」と呼ぶ。）を算出した。
【0056】
酸化熱指標は、酸化反応熱に対応する。酸化反応熱は、被加工材Ｗに含まれる各元素の酸化熱への寄与度から求められる。各元素の酸化熱への寄与度は、酸素１モルと反応する各元素の酸化発熱量の大きさから求められる。よって、下記式（１）で酸化熱指標を求めた。
【0057】
【数1】
【0058】
図５は、被加工材の材料毎の酸化熱指標、レーザ切断面及び条痕変化の調査結果を示す結果表である。図６は、切断面の平均粗さと酸化熱指標との関係を示すグラフである。なお、結果表３００における各項目の品質評価の「○」、「△」及び「×」は、得られた数値及び切断面等を品質の観点から実際に確認評価して定義したものであり、それぞれ「良」、「可」及び「不可」に対応している。
【0059】
図５に示すように、結果表３００においては、サンプルａ、サンプルｂ及びサンプルｃの結果３０１，３０２，３０３が示されている。
サンプルａについては、酸化熱指標が２．３７で、切断面は、部分的に条痕が深くなり、ピッチも大きくなり、やや粗くなることから「△」の評価となった。レーザ光ＬＢの入射深さが１ｍｍでの条痕変化は、深さにややバラつきのある結果となっていることが確認できる。
サンプルａについては、酸化熱指標が２．３７で、切断面は、部分的に条痕が深くなり、ピッチも大きくなり、やや粗くなることから「△」の評価となった。レーザ光ＬＢの入射深さが１ｍｍでの条痕変化は、深さにややバラつきのある結果となっていることが確認できる。
【0060】
サンプルｂについては、酸化熱指標が２．２８で、切断面は、ノッチが少なく、条痕の深さも最も浅いことから、「○」の評価となった。レーザ光ＬＢの入射深さが１ｍｍでの条痕変化は、深さのバラつきが少なく全てのサンプルの中で最も浅い結果となったので、概ね切断面の評価通りの結果となっていることが確認できる。
【0061】
サンプルｃについては、酸化熱指標が３．７８で、切断面は、全てのサンプルの中で最もノッチが多くなったことから「×」の評価となった。レーザ光ＬＢの入射深さが１ｍｍでの条痕変化は、深さにバラつきが多く深い結果となったので、概ね切断面の評価通りの結果となっていることが確認できる。
【0062】
そして、サンプルａ、サンプルｂ及びサンプルｃの切断面の平均粗さを算出し、算出結果を、図６に示すように、縦軸に切断面の平均粗さ（μｍ）を表し、横軸に酸化熱指標の大きさを表したグラフ３０４にプロットして回帰直線３０５を得た。図６からも明らかなように、切断面の粗さは酸化熱指標が表す酸化反応熱の大きさの順に粗くなることが分かった。従って、被加工材Ｗの材料の切断性と酸化反応熱の大きさには相関があることが証明された。
【0063】
上述した酸化反応熱を生じさせる元素は、上記のように一般に熱伝導率を小さくするために熱が拡散し難く、切断面の温度上昇を助長することが考えられる。そこで、被加工材Ｗの材料の酸化反応熱の大きさを熱伝導の大きさと捉え、被加工材Ｗの内部材質と熱伝導の違いについて分類するための第２の調査を行った。熱伝導は、被加工材Ｗに含まれる元素のうち、例えば、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）等が多くなれば小さくなることが判明しているので、被加工材Ｗの素材内部にレーザ光ＬＢによって繰り返し加熱冷却を行うことで、熱伝導の違いを調査した。
【0064】
図７は、被加工材に繰り返し加熱冷却を実施した際の温度と時間との関係及び冷却到達温度と時間との関係を示すグラフである。図８は、図７の被加工材を切断した際の切断面画像及び面粗さを示す図である。
図７（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプルｄを測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３１０を示している。図７（ａ）において、縦軸は温度（℃）を表し、横軸は時間（秒：ｓ）を表している。第２の調査に当たっては、判定照射条件として、板厚２５ｍｍの被加工材Ｗの素材内部に照射するレーザ光ＬＢのレーザ出力を４００Ｗ、周波数を１０Ｈｚ、デューティを５０％に設定し、１秒間に１０回の繰り返し加熱を行った。図７（ｂ）は、図７（ａ）の温度波形３１０の１周期分を、時間軸をｍｓ単位に拡大して示した温度波形３１１を示す図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢの照射開始から１秒経過後の温度測定時間（レーザ照射開始１秒後～１１秒までの時間）において、複数サイクルのレーザ照射により時間経過と共に被加工材Ｗの温度波形３１０，３１１が、約３００℃～約８００℃の間で細かく上下動（発熱及び放熱の繰り返し）することが分かる。
図７（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプルｄを測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３１０を示している。図７（ａ）において、縦軸は温度（℃）を表し、横軸は時間（秒：ｓ）を表している。第２の調査に当たっては、判定照射条件として、板厚２５ｍｍの被加工材Ｗの素材内部に照射するレーザ光ＬＢのレーザ出力を４００Ｗ、周波数を１０Ｈｚ、デューティを５０％に設定し、１秒間に１０回の繰り返し加熱を行った。図７（ｂ）は、図７（ａ）の温度波形３１０の１周期分を、時間軸をｍｓ単位に拡大して示した温度波形３１１を示す図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢの照射開始から１秒経過後の温度測定時間（レーザ照射開始１秒後～１１秒までの時間）において、複数サイクルのレーザ照射により時間経過と共に被加工材Ｗの温度波形３１０，３１１が、約３００℃～約８００℃の間で細かく上下動（発熱及び放熱の繰り返し）することが分かる。
【0065】
図７（ｃ）は、図７（ａ）で示した繰り返し加熱冷却による温度波形３１０の下側の包絡線を示す波形図である。この波形図は、図７（ａ）の波形図の１サイクル毎の冷却到達温度の時間的遷移を特徴量情報（第２の特徴量情報）３１２として抽出したものである。この特徴量情報３１２は、被加工材Ｗの熱伝導に起因した温度上昇の度合いを示し、以後の判定評価に用いることができる。この特徴量情報３１２に基づき、温度測定開始（レーザ照射開始から１秒後）から冷却到達温度（３００℃）に到達するまでの時間を、被加工材Ｗの材料の内部特性を判定するための判定基準（第２の判定基準）として設定した。すなわち、冷却到達温度に到達するまでの時間が２．０秒未満である場合は熱伝導の評価が「×」で、２．０秒以上、２．５秒未満である場合は熱伝導の評価が「△」で、２．５秒以上である場合は熱伝導の評価が「○」と評価した。
【0066】
図７（ｃ）に示すように、サンプルｄについては、冷却到達温度（３００℃）に到達するまでの時間が２．０秒であるため、熱伝導は「△」の評価となっている。これは、温度が上がりにくくも上がりやすくもなく、熱伝導が中程度の材料であることを示している。
また、サンプルｄの被加工材Ｗの切断面画像は、図８（ａ）に示す画像３１３のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図８（ｂ）に示すグラフ３１４のようになった。サンプルｄの被加工材Ｗは、表面から１ｍｍの深さの面粗さの方が、表面から２ｍｍの深さの面粗さよりも安定しているが、全体的にバラつきがあり、切断面の条痕の乱れもやや散見される結果となった。
また、サンプルｄの被加工材Ｗの切断面画像は、図８（ａ）に示す画像３１３のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図８（ｂ）に示すグラフ３１４のようになった。サンプルｄの被加工材Ｗは、表面から１ｍｍの深さの面粗さの方が、表面から２ｍｍの深さの面粗さよりも安定しているが、全体的にバラつきがあり、切断面の条痕の乱れもやや散見される結果となった。
【0067】
図９は、被加工材に繰り返し加熱冷却を実施した際の温度と時間との関係及び冷却到達温度と時間との関係を示すグラフである。図１０は、図９の被加工材を切断した際の切断面画像及び面粗さを示す図である。
図９（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプルｅを測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３１５を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプルｄと共通する。また、温度波形３１６及び特徴量情報（第２の特徴量情報）３１７についても、図７と同様である。
図９（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプルｅを測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３１５を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプルｄと共通する。また、温度波形３１６及び特徴量情報（第２の特徴量情報）３１７についても、図７と同様である。
【0068】
図９（ｃ）に示すように、サンプルｅについては、冷却到達温度（３００℃）に到達するまでの時間が８．８秒であるため、熱伝導は「○」の評価となっている。これは、温度が上がりにくく、熱伝導率が小さい材料であることを示している。
また、サンプルｅの被加工材Ｗの切断面画像は、図１０（ａ）に示す画像３１８のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図１０（ｂ）に示すグラフ３１９のようになった。サンプルｅの被加工材Ｗは、表面から１ｍｍの深さ及び２ｍｍの深さの面粗さは共に安定し全体的にバラつきがなく、切断面に条痕の乱れも現れない結果となった。以上のことから、熱伝導の評価が「○」となったサンプルｅの被加工材Ｗの方が、熱伝導の評価が「△」となったサンプルｄの被加工材Ｗよりも、比較的面粗さが小さく、ノッチの発生も少ない綺麗な切断面となることが判明した。
また、サンプルｅの被加工材Ｗの切断面画像は、図１０（ａ）に示す画像３１８のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図１０（ｂ）に示すグラフ３１９のようになった。サンプルｅの被加工材Ｗは、表面から１ｍｍの深さ及び２ｍｍの深さの面粗さは共に安定し全体的にバラつきがなく、切断面に条痕の乱れも現れない結果となった。以上のことから、熱伝導の評価が「○」となったサンプルｅの被加工材Ｗの方が、熱伝導の評価が「△」となったサンプルｄの被加工材Ｗよりも、比較的面粗さが小さく、ノッチの発生も少ない綺麗な切断面となることが判明した。
【0069】
次に、表面起因について調べるために、第３の調査を行った。第３の調査に当たっては、まず、被加工材Ｗの素材表面の酸化膜の状態と条痕の乱れとの関係について調べることにした。
例えば、図１１に示すタイプＡの被加工材Ｗは、素材の状態で酸化膜が剥離（斑状）しており、酸化膜の剥離率が比較的大きいタイプのものが該当する。また、図１３に示すタイプＢの被加工材Ｗは、素材の状態で酸化膜の剥離はない（酸化膜が付着している）が、レーザ照射により酸化膜が剥離するタイプのものが該当する。これら、タイプＡ及びタイプＢのいずれの被加工材Ｗでも、素材表面の酸化膜が剥離すると、表面におけるレーザ吸収率及び酸化反応のしやすさ等が変化する。このため、切断面においては、酸化膜が剥離した部分で条痕が不均一となる。従って、切断面の条痕の乱れは素材表面の酸化膜の密着性と強い相関があると考えられる。このことは、上記のように調べたタイプＡ及びタイプＢの被加工材Ｗの切断面の画像において、酸化膜の剥離箇所を起点として、条痕が深くノッチとなっていたことからも明らかである。
例えば、図１１に示すタイプＡの被加工材Ｗは、素材の状態で酸化膜が剥離（斑状）しており、酸化膜の剥離率が比較的大きいタイプのものが該当する。また、図１３に示すタイプＢの被加工材Ｗは、素材の状態で酸化膜の剥離はない（酸化膜が付着している）が、レーザ照射により酸化膜が剥離するタイプのものが該当する。これら、タイプＡ及びタイプＢのいずれの被加工材Ｗでも、素材表面の酸化膜が剥離すると、表面におけるレーザ吸収率及び酸化反応のしやすさ等が変化する。このため、切断面においては、酸化膜が剥離した部分で条痕が不均一となる。従って、切断面の条痕の乱れは素材表面の酸化膜の密着性と強い相関があると考えられる。このことは、上記のように調べたタイプＡ及びタイプＢの被加工材Ｗの切断面の画像において、酸化膜の剥離箇所を起点として、条痕が深くノッチとなっていたことからも明らかである。
【0070】
以上のことを踏まえ、被加工材Ｗは、表面性状において、上記タイプＡ及びタイプＢの他に、図１５に示す、レーザ照射によっても、素材表面の酸化膜が全く剥離しないタイプのタイプＣを加えた３つのタイプに分類することが可能であることが判明した。そこで、第３の調査に当たっては、判定照射条件として、板厚１９ｍｍの被加工材Ｗの素材表面に照射するレーザ光ＬＢのレーザ出力を１２５Ｗ、速度を５００ｍｍ／ｍｉｎ、周波数を１００Ｈｚ、デューティを１００％に設定し、８０ｍｍの走査距離でレーザ照射（レーザ走査）を行った。
【0071】
図１１は、タイプＡの被加工材の表面状態の調査結果を説明するための図である。図１２は、図１１の被加工材を切断した際の切断面画像及び面粗さを示す図である。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、タイプＡの被加工材Ｗは、その表面画像３３０及び素材表面の拡大画像３３０ａからも分かるように、素材の状態で酸化膜が剥離しているところがある。図１１（ｃ）は、タイプＡの被加工材Ｗにレーザ走査を行ったときの検出温度の位置的変化を示す波形図を含んでいる。この波形図は、温度の位置的変化を特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１として抽出したものである。素材の状態で酸化膜が剥離しているところがあるため、図１１（ｃ）に示すように、レーザ走査をすると、波形図の横軸に表す距離（ｍｍ）において、縦軸に表す温度（℃）の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１は、図示のように表される。なお、特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１は、赤外線センサ３０により１．９５μｍ～２．５μｍの赤外線強度を放射率１として温度で測定した温度パターンを表している（以下、同じ）。波形図の下方における表面画像３３２は、波形図に対応するレーザ走査後の表面状態を表している。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、タイプＡの被加工材Ｗは、その表面画像３３０及び素材表面の拡大画像３３０ａからも分かるように、素材の状態で酸化膜が剥離しているところがある。図１１（ｃ）は、タイプＡの被加工材Ｗにレーザ走査を行ったときの検出温度の位置的変化を示す波形図を含んでいる。この波形図は、温度の位置的変化を特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１として抽出したものである。素材の状態で酸化膜が剥離しているところがあるため、図１１（ｃ）に示すように、レーザ走査をすると、波形図の横軸に表す距離（ｍｍ）において、縦軸に表す温度（℃）の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１は、図示のように表される。なお、特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１は、赤外線センサ３０により１．９５μｍ～２．５μｍの赤外線強度を放射率１として温度で測定した温度パターンを表している（以下、同じ）。波形図の下方における表面画像３３２は、波形図に対応するレーザ走査後の表面状態を表している。
【0072】
すなわち、素材表面において、レーザ光ＬＢを照射する前から酸化膜が剥離しているところでは温度が低くなる。酸化膜が載っている（付着している）ところで、酸化膜の密着性が弱い部分はレーザ光ＬＢの照射により酸化膜が剥離してしまう。このようなレーザ照射により酸化膜が剥離したところ（表面画像３３２の白っぽいところ）では、酸化膜が発光発熱し温度が高くなる。このため、特徴量情報（第１の特徴量情報）３３１は、高温側のピークが多く現れると共に、高温側及び低温側において波形の乱れが多く散見される結果となった。
【0073】
また、タイプＡの被加工材Ｗの切断面画像は、図１２（ａ）に示す画像３３３のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図１２（ｂ）に示すグラフ３３４のようになった。タイプＡの被加工材Ｗは、表面から１ｍｍの深さ及び２ｍｍの深さのいずれにおいても、面粗さは不安定で全体的にバラつきがあり、切断面の条痕の乱れも多く見られる結果となった。
【0074】
図１３は、タイプＢの被加工材の表面状態の調査結果を説明するための図である。図１４は、図１３の被加工材を切断した際の切断面画像及び面粗さを示す図である。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、タイプＢの被加工材Ｗは、その表面画像３４０及び素材表面の拡大画像３４０ａからも分かるように、素材の状態で酸化膜の剥離はない（酸化膜が付着している）。図１３（ｃ）は、タイプＢの被加工材Ｗにレーザ走査を行ったときの検出温度の位置的変化を示す波形図を含んでいる。この波形図は、温度の位置的変化を特徴量情報（第１の特徴量情報）３４１として抽出したものである。素材の状態で酸化膜の剥離はないが、図１３（ｃ）に示すように、レーザ走査をすると、波形図の横軸に表す距離（ｍｍ）において、縦軸に表す温度（℃）の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）３４１は、図示のように表され、レーザ走査後の表面状態は、波形図の下方の表面画像３４２のようになる。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、タイプＢの被加工材Ｗは、その表面画像３４０及び素材表面の拡大画像３４０ａからも分かるように、素材の状態で酸化膜の剥離はない（酸化膜が付着している）。図１３（ｃ）は、タイプＢの被加工材Ｗにレーザ走査を行ったときの検出温度の位置的変化を示す波形図を含んでいる。この波形図は、温度の位置的変化を特徴量情報（第１の特徴量情報）３４１として抽出したものである。素材の状態で酸化膜の剥離はないが、図１３（ｃ）に示すように、レーザ走査をすると、波形図の横軸に表す距離（ｍｍ）において、縦軸に表す温度（℃）の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）３４１は、図示のように表され、レーザ走査後の表面状態は、波形図の下方の表面画像３４２のようになる。
【0075】
すなわち、素材表面において、酸化膜の密着性が弱くレーザ照射により酸化膜が剥離する箇所（表面画像３４２の白っぽいところ）が増える傾向にあるので、特徴量情報（第１の特徴量情報）３４１は、低温側ではタイプＡのものに比べると安定しているが、高温側ではやはりピークが多く現れて、高温側及び低温側における波形の乱れも多少見られる結果となった。
【0076】
また、タイプＢの被加工材Ｗの切断面画像は、図１４（ａ）に示す画像３４３のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図１４（ｂ）に示すグラフ３４４のようになった。タイプＢの被加工材Ｗは、表面から２ｍｍの深さの面粗さの方が、表面から１ｍｍの深さの面粗さよりも安定し、タイプＡのものよりも全体的にバラつきは少ないが、切断面に多少の条痕の乱れが現れる結果となった。
【0077】
図１５は、タイプＣの被加工材の表面状態の調査結果を説明するための図である。図１６は、図１５の被加工材を切断した際の切断面画像及び面粗さを示す図である。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、タイプＣの被加工材Ｗは、その表面画像３５０及び素材表面の拡大画像３５０ａからも分かるように、素材の状態で素材表面の酸化膜が全く剥離していない（酸化膜がしっかり付着している）。図１５（ｃ）は、タイプＣの被加工材Ｗにレーザ走査を行ったときの検出温度の位置的変化を示す波形図を含んでいる。この波形図は、温度の位置的変化を特徴量情報（第１の特徴量情報）３５１として抽出したものである。素材の状態で酸化膜が全く剥離していないため、図１５（ｃ）に示すように、レーザ走査をすると、波形図の横軸に表す距離（ｍｍ）において、縦軸に表す温度（℃）の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）３５１は、図示のように表される。波形図の下方の表面画像３５２は、波形図に対応するレーザ走査後の表面状態を表している。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、タイプＣの被加工材Ｗは、その表面画像３５０及び素材表面の拡大画像３５０ａからも分かるように、素材の状態で素材表面の酸化膜が全く剥離していない（酸化膜がしっかり付着している）。図１５（ｃ）は、タイプＣの被加工材Ｗにレーザ走査を行ったときの検出温度の位置的変化を示す波形図を含んでいる。この波形図は、温度の位置的変化を特徴量情報（第１の特徴量情報）３５１として抽出したものである。素材の状態で酸化膜が全く剥離していないため、図１５（ｃ）に示すように、レーザ走査をすると、波形図の横軸に表す距離（ｍｍ）において、縦軸に表す温度（℃）の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）３５１は、図示のように表される。波形図の下方の表面画像３５２は、波形図に対応するレーザ走査後の表面状態を表している。
【0078】
すなわち、素材表面において、酸化膜の剥離はほとんどないので、レーザ照射により極一部酸化膜が剥離するものの（表面画像３５２の白っぽいところ）、特徴量情報（第１の特徴量情報）３５１は、高温側のピークが少し現れるが、低温側において波形の乱れがほとんどなく安定している結果となった。
【0079】
また、タイプＣの被加工材Ｗの切断面画像は、図１６（ａ）に示す画像３５３のようになり、表面から１ｍｍの深さ（Ｉで示す線）の面粗さ及び２ｍｍの深さ（IIで示す線）の面粗さは、図１６（ｂ）に示すグラフ３５４のようになった。タイプＣの被加工材Ｗは、表面から１ｍｍの深さの面粗さの方が、表面から２ｍｍの深さの面粗さよりも安定しているが、タイプＡ及びタイプＢのものよりも全体的にバラつきが少なく、切断面に条痕の乱れが現れない結果となった。
【0080】
以上の観点から、被加工材Ｗの加工性（切断性）は、被加工材Ｗの表面の酸化膜の状態及び密着性（表面性状）と、被加工材Ｗの内部成分による酸化反応の大きさ（内部特性）と、に大きく依存し、赤外線強度に基づく温度によって判定可能であることが証明された。そこで、本出願人は、レーザ加工ユニット２０及び赤外線センサ３０を用いて実施された上記の各調査の結果等を勘案し、被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報を設定した。
【0081】
すなわち、基準情報は、被加工材Ｗの表面性状の判定用の第１の判定基準（しきい値）及び被加工材Ｗの内部特性の判定用の第２の判定基準（しきい値）を含む。第１の判定基準は、被加工材Ｗの基準温度範囲及び温度のばらつきの少なくとも一方に関する情報を含み、第２の判定基準は、被加工材Ｗの温度上昇の度合いを示す情報を含む。
【0082】
そして、加工性の判定において、具体的には、レーザ加工装置１００においては、レーザ加工ユニット２０は、加工性判定工程において、判定照射条件で、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材内部に繰り返し照射する。演算処理部６３（特徴量抽出部６８）は、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された赤外線強度の時系列データに基づき被加工材Ｗの温度の時間的変化を特徴量情報として抽出する。例えば記憶部６１に記憶された基準情報は、被加工材Ｗの温度上昇の度合いを示す判定基準を含む。判定部６６は、例えば記憶部６１に記憶された特徴量情報に含まれる被加工材Ｗの温度の時間的変化が、判定基準を外れる温度上昇の状態か否かによって、被加工材Ｗの加工性を判定する。また、レーザ加工装置１００においては、レーザ加工ユニット２０は、加工性判定工程において、判定照射条件で、レーザ光ＬＢを、照射位置を移動させながら被加工材Ｗの素材表面に照射する。演算処理部６３（特徴量抽出部６８）は、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された赤外線強度の時系列データに基づき被加工材Ｗの温度の位置的変化を特徴量情報として抽出する。例えば記憶部６１に記憶された基準情報は、被加工材Ｗの基準温度範囲及び温度のばらつきの少なくとも一方に基づく判定基準を含む。判定部６６は、例えば記憶部６１に記憶された特徴量情報に含まれる被加工材Ｗの温度の位置的変化が、判定基準を満たすかどうかによって、被加工材Ｗの加工性を判定する。
【0083】
更に、レーザ加工装置１００においては、判定照射条件は、第１の照射条件及び第２の照射条件を含み、レーザ加工ユニット２０は、加工性判定工程において、第１の照射条件で、レーザ光ＬＢを、照射位置を移動させながら被加工材Ｗの素材表面に照射し、第２の照射条件で、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材内部に繰り返し照射する。また、赤外線センサ（測定部）３０は、第１の照射条件でレーザ光ＬＢが被加工材Ｗに照射されたときに発生する赤外光（放射光）の第１の赤外線強度と、第２の照射条件でレーザ光ＬＢが被加工材Ｗに照射されたときに発生する赤外光（放射光）の第２の赤外線強度と、を測定する。また、演算処理部６３（特徴量抽出部６８）は、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された第１の赤外線強度の時系列データに基づき被加工材Ｗの温度の位置的変化を示す第１の特徴量情報を抽出すると共に、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された第２の赤外線強度の時系列データに基づき被加工材Ｗの温度の時間的変化を示す第２の特徴量情報を抽出する。また、判定部６６は、第１の特徴量情報を基準情報に含まれる第１の判定基準（しきい値）と比較すると共に、第２の特徴量情報を基準情報に含まれる第２の判定基準（しきい値）と比較して、その結果の組み合わせに基づき被加工材Ｗの加工性を判定する。なお、記憶部６１は、例えば、演算処理部６３（特徴量抽出部６８）によって抽出された第１の特徴量情報及び第２の特徴量情報を記憶する。
【0084】
なお、被加工材Ｗの内部特性を正確に判定するためには、好ましくは、レーザ加工ユニット２０は、第２の照射条件でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材内部に照射する前に、第３の照射条件でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材表面に照射して被加工材Ｗの表面改質を行う。ここで、被加工材Ｗの表面改質は、例えば、第３の照射条件で照射されたレーザ光ＬＢにより被加工材Ｗの表面を平均深さ０．０５ｍｍ～１．５ｍｍ及び平均粗さ１０μｍ以下で除去するものであり、酸化膜を取り除くものである。
【0085】
従って、レーザ加工ユニット２０により照射されるレーザ光ＬＢの第１の照射条件、第２の照射条件及び第３の照射条件のレーザ出力は、加工照射条件に含まれるレーザ出力よりも小さく、第１の照射条件及び第２の照射条件のレーザ出力は、第３の照射条件のレーザ出力よりも小さく、第１の照射条件のレーザ出力は、第２の照射条件のレーザ出力よりも小さくなるように設定される。
【0086】
具体的には、レーザ切断の加工の標準の加工条件（標準条件）は、例えば、被加工材Ｗの板厚に応じた、レーザ出力が１０００（Ｗ）、加工速度が９００～１０００（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が１０００（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が７５（％）、ガス種がＯ２、ガス圧が０．０６（ＭＰａ）、ノズルギャップが１（ｍｍ）及びＡＣＬが７０等の各パラメータの項目が設定されている。なお、ＡＣＬはレーザ光ＬＢをコリメート光にするときのビーム径に関するパラメータであり、数値が大きいほどコリメート光のビーム径が大きくなり、コリメート光のビーム径が大きくなるほどビームスポット径が小さくなるように作用するパラメータである。
【0087】
一方、レーザ光ＬＢの第１の照射条件は、例えば、レーザ出力が１２５（Ｗ）、加工速度が５００（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が１００（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が１００（％）、ガス圧が０．０４（ＭＰａ）、ノズルギャップが５０（ｍｍ）、ノズルがＤ２．５Ｗ、ガス種がＯ２、レンズ焦点距離が１９０（ｍｍ）、ＡＣＬが１２０、Ｂ軸が２５（ｍｍ）及びレーザ照射径が５．９（Φ）等の各パラメータの項目が設定され、例えば、上記加工速度で８０ｍｍの距離にわたってレーザ走査を行い、被加工材Ｗの材料の表面状態（酸化膜の密着性又は剥離状態）を温度特性により判別するための条件である。
【0088】
また、レーザ光ＬＢの第２の照射条件は、例えば、レーザ出力が４００（Ｗ）、加工速度が０（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が１０（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が５０（％）、ガス圧が０．０１（ＭＰａ）、ノズルギャップが５０（ｍｍ）、ノズルがＤ２．５Ｗ、ガス種がＯ２、レンズ焦点距離が１９０（ｍｍ）、ＡＣＬが１４０、Ｂ軸が２５（ｍｍ）及びレーザ照射径が６．５（Φ）等の各パラメータの項目が設定され、例えば、スポット照射によりレーザ走査を行い、被加工材Ｗの材料の内部状態（酸化反応熱と熱伝導）を温度特性により判別するための条件である。
【0089】
また、レーザ光ＬＢの第３の照射条件は、例えば、焦点位置が素材表面に位置する状態で、レーザ出力が７００（Ｗ）、加工速度が１００００（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が１００００（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が４０（％）、ガス圧が０．１（ＭＰａ）、ノズルギャップが５（ｍｍ）、ノズルがＤ２．５Ｗ、ガス種がＯ２及びレンズ焦点距離が１９０（ｍｍ）等の各パラメータの項目が設定され、例えば、第１及び第２の照射条件よりもレーザ出力が高い状態で、被加工材Ｗの材料の表面改質（酸化膜の除去）を行うための条件である。
【0090】
なお、第１の照射条件で照射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度は、１Ｗ／ｍｍ２以上５Ｗ／ｍｍ２未満であり、第２の照射条件で照射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度は、５Ｗ／ｍｍ２以上１０Ｗ／ｍｍ２以下である。第１の照射条件を上記のように設定して被加工材Ｗの表面性状を判定するのは、次の理由による。
【0091】
すなわち、上記第１～第３の調査により、密着力の弱い酸化膜は、レーザ切断中に酸化膜が素材表面から剥離し、切断面にノッチが入りやすいことが判明している。このため、その密着性をレーザ走査による温度変化の挙動から予測することとした。被加工材Ｗの素材表面の状態を正確に評価するため、レーザによる熱の侵入深さを極力抑えて、被加工材Ｗの素材表面の酸化膜を加熱冷却することで熱応力を発生させている。照射するレーザ光ＬＢのエネルギー密度が強すぎると、材料の内部成分による影響も現れてしまうため、熱応力を負荷させる目的で１Ｗ／ｍｍ２以上５Ｗ／ｍｍ２未満のエネルギー密度で十分に足りると想定した。そして、酸化膜がレーザ照射により剥離すると、スパッタとなって発光し高温となるため、逆に素材の状態で既に素材表面の酸化膜が剥がれている部分は、レーザ吸収率が小さくなるため温度が低くなる。本出願人の知見によると、酸化膜の素材表面への密着性がよいと、温度はある特定の温度範囲内で安定することが判明している。なお、レーザ光ＬＢの照射エリア（レーザ照射径）が大きいと、酸化膜の状態変化がレーザ走査により平均化されてしまうので温度変化の挙動が小さくなり、表面状態の違いが見えにくくなってしまう。また、照射エリアが小さいとレーザ出力も同時に弱くする必要があるために、レーザ出力が不安定になってしまう。これらのことから、被加工材Ｗの表面性状の判定に際しては、例えば、レーザ出力を１２５（Ｗ）に設定し、照射エリア（レーザ照射径）を約５．９（Φ）と設定した。
【0092】
また、第２の照射条件を上記のように設定して被加工材Ｗの内部特性を判定するのは、次の理由による。
すなわち、上記第１～第３の調査により、温度変化の挙動から材料の熱伝導率を評価することにより、被加工材Ｗの材質的な加工性（切断性）の品質を判定可能なことが判明している。例えば、鉄（Ｆｅ）は８００℃付近の温度で磁気変態し、９００℃前後での温度で相変態して、１５００℃前後の温度で溶融する特性の材料であるため、これらの温度で熱伝導や比熱が変化する。そのため、被加工材Ｗの材料の内部における熱伝導率を解析するのに、これらの温度をできるだけ超えないような設定が必要である。このことから、レーザ照射のエネルギー密度を５Ｗ／ｍｍ２以上１０Ｗ／ｍｍ２以下となるように設定した。また、このエネルギー密度は、レーザ切断の加工に必要なレーザ照射のエネルギー密度と比べると十分に弱いため、レーザ出力（パワー）が不安定になりやすい。そのため、照射エリア（レーザ照射径）を大きめに設定しレーザ出力（パワー）を調整するようにした。
すなわち、上記第１～第３の調査により、温度変化の挙動から材料の熱伝導率を評価することにより、被加工材Ｗの材質的な加工性（切断性）の品質を判定可能なことが判明している。例えば、鉄（Ｆｅ）は８００℃付近の温度で磁気変態し、９００℃前後での温度で相変態して、１５００℃前後の温度で溶融する特性の材料であるため、これらの温度で熱伝導や比熱が変化する。そのため、被加工材Ｗの材料の内部における熱伝導率を解析するのに、これらの温度をできるだけ超えないような設定が必要である。このことから、レーザ照射のエネルギー密度を５Ｗ／ｍｍ２以上１０Ｗ／ｍｍ２以下となるように設定した。また、このエネルギー密度は、レーザ切断の加工に必要なレーザ照射のエネルギー密度と比べると十分に弱いため、レーザ出力（パワー）が不安定になりやすい。そのため、照射エリア（レーザ照射径）を大きめに設定しレーザ出力（パワー）を調整するようにした。
【0093】
そして、材料の熱伝導を評価するためには、レーザ照射による加熱での到達温度を評価するよりも、レーザ照射をオフにしたときの冷却温度を評価した方が、材料の熱伝導率を強く反映した結果が得られることが判明している。すなわち、レーザ照射による加熱の温度変化の挙動は、熱伝導率以外に、例えば、材料表面のレーザ吸収率の影響なども受けてしまうため、熱伝導の評価には不向きである。一方、冷却に関しては、レーザ照射のエネルギーが小さくても鋼の熱伝導率が比較的大きいので、１サイクル（１００ｍｓ）程度で高温から室温近くまで冷却される。従って、材料の冷却到達温度の大きさを評価するためには、冷却時間５０ｍｓ前後が適当であると想定した。また、繰り返し加熱冷却による冷却温度の温度変化の挙動を正確に評価するために、（パルス）周波数を１０（Ｈｚ）とし、（パルス）デューティ（パルス幅）を５０（％）と設定した。また、アシストガスのガス圧が強すぎると、冷却速度が速過ぎてしまうので、保護ガラスへのスパッタ飛散防止程度の目的でガス圧を０．０１（ＭＰａ）に設定した。なお、レーザ照射による加熱温度自体が低いので酸化熱の発生量は小さくなるため、アシストガスの種類は酸素（Ｏ２）であっても窒素（Ｎ２）であってもよい。
【0094】
以上のような見解から、本出願人は、被加工材Ｗの表面性状を判定するための第１の判定基準（しきい値）を、例えば、所定距離のレーザ走査により取得された特徴量情報３３１，３４１，３５１において、４５０℃～８００℃の温度範囲にあるデータ成分が４０％以下であるか、又はその温度パターンにおける標準偏差が１００℃以上であるか、に設定した。表面性状は、温度範囲に４０％以下であり、又は標準偏差が１００℃以上である場合は、酸化膜の状態が悪く品質が悪いとされる。また、被加工材Ｗの内部特性を判定するための第２の判定基準（しきい値）を、例えば、繰り返し加熱冷却による冷却開始から冷却到達温度に到達するまでの時間が２．５秒以上であるか、に設定した。内部特性は、時間が２．５秒以上である場合は、熱伝導が小さく品質が良いとされる。なお、第１及び第２の判定基準は、これらに限定されるものではない。
【0095】
例えば、第１の判定基準を、レーザ出力１５０（Ｗ）、照射エリア（レーサ照射径）６．５（Φ）で加工速度１００（ｍｍ／ｓ）により１０秒間レーザ走査させたときの、蓄積時間１ｍｓの測定温度が４５０℃～８００℃の範囲にある総積算時間を比べるものとしてもよい。この総積算時間が第１の判定基準と比べて、短ければ酸化膜の状態が悪く、長ければ酸化膜の密着性が良好であると判定することもできる。また、例えば、蓄積時間１ｍｓの測定温度データの標準偏差を比べるものとしてもよい。この標準偏差が、第１の判定基準と比べて、大きければ酸化膜の状態が悪く、小さければ酸化膜の密着性が良好であると判定することもできる。
【0096】
更に、例えば、第２の判定基準を、温度８００℃までレーザ照射を行いスポット加熱した後にレーザ照射をオフにして冷却を開始し、冷却開始から３００℃までに到達する時間を比べるものとしてもよい。この到達する時間が第２の判定基準と比べて、短ければ内部特性が良好で、長ければ切断面が粗くなると判定することもできる。また、レーザ照射をオフにしてから５０ｍｓ後の冷却温度を比べるものとしてもよい。この冷却温度が第２の判定基準と比べて、低ければ内部特性が良好で、高ければ切断の品質が悪くなると判定することもできる。なお、基準情報（第１の判定基準、第２の判定基準）は、オペレータにより適宜変更、設定等することが可能な情報である。
【0097】
［加工性判定装置の処理フロー］
図１７及び図１８は、加工性判定装置の加工性判定処理フローの一例を示すフローチャートである。
図１７に示すように、レーザ加工装置１００において加工性判定処理がスタートすると、まず、ＮＣ装置６０において、記憶部６１の加工プログラムＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９０から、制御部６４に必要な加工プログラムが選択されて読み出される（ステップＳ１００）。次に、加工プログラムにより選択された加工条件が、記憶部６１の加工条件ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９１から読み出される（ステップＳ１０１）と共に、加工条件が適用される被加工材Ｗの内部特性判定用のしきい値（第２の判定基準）及び表面性状判定用のしきい値（第１の判定基準）が、記憶部６１の内部特性判定用のしきい値ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９２及び表面性状判定用のしきい値ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９３からロードされて、制御部６４及び演算処理部６３にそれぞれ設定される。
図１７及び図１８は、加工性判定装置の加工性判定処理フローの一例を示すフローチャートである。
図１７に示すように、レーザ加工装置１００において加工性判定処理がスタートすると、まず、ＮＣ装置６０において、記憶部６１の加工プログラムＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９０から、制御部６４に必要な加工プログラムが選択されて読み出される（ステップＳ１００）。次に、加工プログラムにより選択された加工条件が、記憶部６１の加工条件ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９１から読み出される（ステップＳ１０１）と共に、加工条件が適用される被加工材Ｗの内部特性判定用のしきい値（第２の判定基準）及び表面性状判定用のしきい値（第１の判定基準）が、記憶部６１の内部特性判定用のしきい値ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９２及び表面性状判定用のしきい値ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９３からロードされて、制御部６４及び演算処理部６３にそれぞれ設定される。
【0098】
そして、演算処理部６３において各判定用のしきい値を決定し（ステップＳ１０２）、内部（特性）判定処理においては、第３の照射条件下でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射して表面改質を行った後に、表面改質部に第２の照射条件下でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射して（ステップＳ１０３）、赤外線センサ３０によりレーザ照射時の放射光の赤外線に基づく温度を測定する（ステップＳ１０４）。また、表面（性状）判定処理においては、第１の照射条件下でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射して（ステップＳ１０５）、赤外線センサ３０によりレーザ照射時の放射光の赤外線に基づく温度を測定する（ステップＳ１０６）。なお、上記内部判定処理及び表面判定処理は、並行して行われても、いずれか一方が先でいずれか他方が後に行われてもよい。
【0099】
図１８に示すように、演算処理部６３は、上記ステップＳ１０４で測定された温度の時系列データを入力し、被加工材Ｗの温度の時間的変化を示す特徴量情報（第２の特徴量情報）を抽出する。判定部６６は、抽出された特徴量情報（第２の特徴量情報）を、設定された内部特性判定用のしきい値と比較することにより、例えば、材料の内部特性がしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。また、演算処理部６３は、上記ステップＳ１０６で測定された温度の時系列データを入力し、被加工材Ｗの温度の位置的変化を示す特徴量情報（第１の特徴量情報）を抽出する。判定部６６は、抽出された特徴量情報（第１の特徴量情報）を、設定された表面性状判定用のしきい値と比較することにより、例えば、材料の表面性状がしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【0100】
上記ステップＳ１０７で内部特性がしきい値以下であると判定した場合（ステップＳ１０７のＹＥＳ）は、被加工材Ｗの材料の内部特性が良好であると判定する（ステップＳ１０８）。一方、上記ステップＳ１０７で内部特性がしきい値以下ではないと判定した場合（ステップＳ１０７のＮＯ）は、被加工材Ｗの材料の内部特性が不良であると判定する（ステップＳ１０９）。
【0101】
また、上記ステップＳ１１０で表面性状がしきい値以下であると判定した場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）は、被加工材Ｗの材料の表面性状が良好であると判定する（ステップＳ１１１）。一方、上記ステップＳ１１０で表面性状がしきい値以下ではないと判定した場合（ステップＳ１１０のＮＯ）は、被加工材Ｗの材料の表面性状が不良であると判定する（ステップＳ１１２）。
【0102】
そして、判定部６６は、上記ステップＳ１０８及びＳ１０９のいずれかの結果、並びに上記ステップＳ１１１及びＳ１１２のいずれかの結果に基づき、被加工材Ｗの加工性の判定結果処理を行う（ステップＳ１１３）。すなわち、上記ステップＳ１０８及びＳ１１１の組み合わせの場合、内部特性（内部成分による酸化反応の大きさ）が良好であると共に表面性状（酸化膜の状態及び密着性）が良好であるので、例えば、被加工材Ｗの加工性は良好であるとの判定結果を得る。また、それ以外の上記ステップＳ１０８及びＳ１１２の組み合わせの場合、内部特性は良好であるが表面性状が不良であり、上記ステップＳ１０９及びＳ１１１の組み合わせの場合、内部特性は不良であるが表面性状が良好であり、上記ステップＳ１０９及びＳ１１２の組み合わせの場合、内部特性及び表面性状が共に不良であるので、これらの場合は被加工材Ｗの加工性は不良であるとの判定結果を得る。
【0103】
こうして得られた被加工材Ｗの加工性の判定結果は、報知部６７により表示部６２上に表示される（ステップＳ１１４）等してオペレータに報知され、本フローチャートによる一連の処理を終了する。以上のように、第１の実施形態に係るレーザ加工装置１００においては、このようにオペレータが製品加工に際して、加工前に被加工材Ｗの加工条件に基づく加工性が判定されて報知されるので、被加工材Ｗの材料特性に合わせた加工条件の適用可否をオペレータが加工前に予め把握することが可能となる。そして、報知された判定結果に基づいて、オペレータは、予め設定された加工条件で加工を行うべきか、被加工材に適した加工条件に変更等すべきかの判断を容易に行うことができるので、加工不良を低減することが可能となる。
【0104】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、被加工材Ｗとして軟鋼を加工する場合の加工性判定を行ったが、第２の実施形態では、被加工材Ｗとしてステンレス鋼を加工する場合の加工性判定を行う。第２の実施形態に係る加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムは、先に説明した第１の実施形態のレーザ加工装置１００とは異なるが、上述した基本的構成、概略構成、機能的構成及びハードウェア構成等のほとんどは同様である。このため、以下では、特に言及しない限り、第１の実施形態と重複する箇所には同一の符号を付して、既に説明した部分と重複する説明は割愛する。
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、被加工材Ｗとして軟鋼を加工する場合の加工性判定を行ったが、第２の実施形態では、被加工材Ｗとしてステンレス鋼を加工する場合の加工性判定を行う。第２の実施形態に係る加工性判定装置、加工性判定方法及び加工性判定プログラムは、先に説明した第１の実施形態のレーザ加工装置１００とは異なるが、上述した基本的構成、概略構成、機能的構成及びハードウェア構成等のほとんどは同様である。このため、以下では、特に言及しない限り、第１の実施形態と重複する箇所には同一の符号を付して、既に説明した部分と重複する説明は割愛する。
【0105】
図１９は、本発明の第２の実施形態に係る加工性判定装置の基本的構成を示すブロック図である。
第２の実施形態に係るレーザ加工装置１００Ａは、例えば図１９に示すように、レーザ光ＬＢを加工照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗを加工する加工工程と、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材を貫通しない範囲の判定照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗの加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニット２０Ａと、被加工材Ｗに判定照射条件でレーザ光ＬＢを照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する赤外線センサ（測定部）３０と、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された赤外線強度の時系列データに基づいて、被加工材Ｗの温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部６８と、抽出された特徴量情報と、予め記録済みの被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、レーザ加工ユニット２０Ａで、予め設定された加工条件で被加工材Ｗを加工した場合の被加工材Ｗの加工性を判定する判定部６６Ａと、判定部６６Ａにより判定された判定結果を報知する報知部６７と、を備え、特徴量情報及び基準情報を記憶する記憶部６１を備える。
第２の実施形態に係るレーザ加工装置１００Ａは、例えば図１９に示すように、レーザ光ＬＢを加工照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗを加工する加工工程と、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材を貫通しない範囲の判定照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗの加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニット２０Ａと、被加工材Ｗに判定照射条件でレーザ光ＬＢを照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する赤外線センサ（測定部）３０と、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された赤外線強度の時系列データに基づいて、被加工材Ｗの温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部６８と、抽出された特徴量情報と、予め記録済みの被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、レーザ加工ユニット２０Ａで、予め設定された加工条件で被加工材Ｗを加工した場合の被加工材Ｗの加工性を判定する判定部６６Ａと、判定部６６Ａにより判定された判定結果を報知する報知部６７と、を備え、特徴量情報及び基準情報を記憶する記憶部６１を備える。
【0106】
第２の実施形態における被加工材Ｗは、例えばステンレス鋼である場合は主成分として鉄（Ｆｅ）を含み、一般的にクロム（Ｃｒ）を質量分率で１１（１１ｍａｓｓ％）以上含む。被加工材Ｗは、この主成分の他に用途に応じて、様々な合金元素、及び不可避的に混入する不純物が含まれる。
【0107】
［加工性判定方法］
次に、加工性判定装置を用いた加工性の判定方法について説明する。
本発明者等は、ＮＣ装置６０（図２及び図３参照）の標準加工条件で、各種ステンレス鋼の被加工材Ｗを加工（レーザ切断）して、被加工材Ｗのドロスを測定した。その結果、被加工材Ｗの加工性（ドロスの有無、ドロス高さ等：以下、「加工性（ドロス）」とする。）は、被加工材Ｗの構成成分の特性（素材内部の特性：内部特性）に大きく影響を受けていることが判明した。
次に、加工性判定装置を用いた加工性の判定方法について説明する。
本発明者等は、ＮＣ装置６０（図２及び図３参照）の標準加工条件で、各種ステンレス鋼の被加工材Ｗを加工（レーザ切断）して、被加工材Ｗのドロスを測定した。その結果、被加工材Ｗの加工性（ドロスの有無、ドロス高さ等：以下、「加工性（ドロス）」とする。）は、被加工材Ｗの構成成分の特性（素材内部の特性：内部特性）に大きく影響を受けていることが判明した。
【0108】
なお、ドロスとは、切断した材料の下面に溶融付着した金属や酸化物等が堆積したものを指し、スラグと同義である。また、ドロスの発生の有無の判定に際しては、ドロスの発生の有無を判定する被加工材Ｗの板面からのドロス高さ（ドロスの大きさ）の許容値を、例えば被加工材Ｗの板厚に応じて適宜設定して行ってもよい。
【0109】
ここで、ステンレス鋼の被加工材Ｗの内部特性とは、具体的には、被加工材Ｗの内部成分による熱伝導の大きさ、相変態、及び融点等を意味する。例えば、熱伝導の大きな材料は熱拡散しやすく、加工点でのレーザ入熱による昇温が不十分で、溶融金属の温度も低いために粘性が高くなる。このため、溶融金属が排出されにくくなるので、ドロスが大きくなる。
【0110】
例えば、フェライト系のステンレスは熱伝導が大きいため、この傾向が強い。また、２相ステンレスは熱伝導の大きなフェライト相を含むのと、高温での相変態による潜熱の影響とで、レーザ加工点での温度が上がりにくくなるので、ドロスが大きい。また、被削性を改善するために硫黄（Ｓ）を含むものは固液共存温度範囲を広げるために、粘度の高い固液共存領域の温度域で溶融金属の排出が難しくドロスが発生する。
【0111】
そこで、ステンレス鋼の被加工材Ｗの熱伝導、相変態及び融点の違いなどの内部特性を解析するための第４の調査を行った。第４の調査に当たっては、被加工材Ｗの素材内部にレーザ光ＬＢのスポット照射により繰り返し加熱冷却を行って、温度の時間的変化から熱伝導、相変態、融点の違いなどの内部特性を解析した。なお、レーザ切断の加工は、レーザ出力８５００Ｗ、切断速度６５００ｍｍ／ｍｉｎ及びアシストガスを窒素（Ｎ２）とした加工条件に基づき行った。
【0112】
図２０は、本発明の第２の実施形態に係る加工性判定装置によって、被加工材に繰り返し加熱冷却を実施した際の温度と時間との関係及び冷却到達温度と時間との関係を示すグラフである。図２１～図２５は、被加工材に繰り返し加熱冷却を実施した際の温度と時間との関係及び冷却到達温度と時間との関係を示すグラフである。図２６は、被加工材毎の冷却到達温度の時間的変化の特徴量とドロスの大きさの調査結果を示す結果表である。
【0113】
なお、図２６の結果表３０６に示すように、被加工材Ｗとしてのサンプル１～６は、それぞれ板厚６ｍｍのステンレス鋼の板金で、鋼種がＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０、Ｓ３２７５０、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３１６である。また、図２６には、サンプル１～６毎の冷却到達温度、温度上昇値及び最大ドロス高さが示されている。
【0114】
図２０は、サンプル１（ＳＵＳ３０４）についての上記各温度と時間との関係を示している。図２０（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル１を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３６０を示している。図２０（ａ）において、縦軸は温度（℃）を表し、横軸は時間（ミリ秒：ｍｓ）を表している。
【0115】
第４の調査では、判定照射条件として、板厚６ｍｍの被加工材Ｗの素材内部にスポット照射するレーザ光ＬＢのレーザ出力を３８０Ｗ、周波数を１０Ｈｚ、デューティを７５％に設定し、１秒間に１０回の繰り返し加熱を行った。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の温度波形３６０の２周期分を、時間軸をｍｓ単位で拡大して示した温度波形３６１を示す図である。
【0116】
図２０（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢの照射開始から１０秒間において、複数サイクルのレーザ照射により時間経過と共に被加工材Ｗの温度波形３６０，３６１が、約３００℃～約１０００℃の間で細かく上下動（発熱及び放熱の繰り返し）することが分かる。
【0117】
図２０（ｃ）は、図２０（ａ）で示した繰り返し加熱冷却による温度波形３６０の下側の包絡線を示す波形図である。この波形図は、図２０（ａ）の波形図の１サイクル毎の冷却到達温度の時間的遷移を特徴量情報３６２として抽出したものである。この特徴量情報３６２は、被加工材Ｗの熱伝導の大きさ、相変態及び溶融に起因した温度変化（温度上昇の度合い）を示し、以後の判定評価に用いることができる。この特徴量情報３６２に基づき、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間（判定期間）の温度上昇値の判定基準（第１しきい値）、及びレーザ照射開始から８秒後（所定時間経過後：判定時点）の到達温度（冷却到達温度）の判定基準（第２しきい値及び第３しきい値）を、被加工材Ｗの材料の内部特性を判定するために設定した。
【0118】
すなわち、本出願人は、第１しきい値を８０℃、第２しきい値を４００℃、及び第３しきい値を８２０℃と設定した。そして、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間（判定期間）の温度上昇値が第１しきい値（８０℃）未満で、且つレーザ照射開始から８秒後（判定時点）の冷却到達温度が第２しきい値（４００℃）未満となる材料をグループＡと分類した。
【0119】
また、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間（判定期間）の温度上昇値が第１しきい値（８０℃）未満で、且つレーザ照射開始から８秒後（判定時点）の冷却到達温度が第２しきい値（４００℃）以上となる材料をグループＢと分類した。更に、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間（判定期間）の温度上昇値が第１しきい値（８０℃）以上で、且つレーザ照射開始から８秒後（判定時点）の冷却到達温度が第３しきい値（８２０℃）以上となる材料をグループＣと分類して、これら以外の材料をグループＤと分類した。
【0120】
そして、ステンレス鋼の被加工材Ｗの切断性（加工性）は、ドロスの大きさ（ドロス高さ）で評価した。レーザ切断の加工において、アシストガスに窒素（Ｎ２）等の無酸化ガスを主体にして切断を行う場合には、レーザ光ＬＢで溶融した金属がアシストガスにより排出されないと、切断面の下方にドロスとなって溶融金属が凝固し強固に付着することが判明している。このため、後工程でドロスを除去する必要が生じるので、工数がかかってしまうこととなり、そのためにもドロスは少ない方がよいといえる。
【0121】
このようなドロスの大きさの評価は、例えば最大ドロス高さを測定することにより行った。ドロスの測定に際しては、例えば、幅２０ｍｍ、長さ８０ｍｍの矩形状のサンプル材をレーザ切断し、長辺側の２辺をそれぞれ３箇所ずつマイクロメータで測定して、６つの測定点の最高高さ（最大ドロス高さ）で評価を行った。
【0122】
その結果、上記のようにグループＡ～Ｄの各グループにグループ分けした材料のうち、最大ドロス高さが最も高かった材料はグループＢ及びグループＣの材料であり、次いでグループＡの材料となった。そして、グループＤの材料はドロスが小さく、最大ドロス高さが最も低いものとなったので、グループＤの材料が最も切断性（加工性）が良好であることが判明した。なお、他のグループＡ～Ｃについては、切断性（加工性）が良好ではない（良くない）ものとした。
【0123】
図２０（ｃ）に示すように、サンプル１については、レーザ照射開始から４秒（ｓ）後の温度が６５１℃で、レーザ照射開始から８秒（ｓ）後の判定時点の温度が７４１℃となり、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間における温度上昇値が９０℃（８０℃以上）となった。また、サンプル１の最大ドロス高さは６４μｍとなった（図２６参照）。
【0124】
従って、サンプル１は、判定期間の温度上昇が８０℃以上であり、大きな変曲点もなく安定して温度上昇を続ける材料といえる。そして、サンプル１は、判定時点の冷却到達温度が８２０℃未満であるため、上記のグループＤに相当する材料であることが判明した。
【0125】
このグループＤの材料の最大ドロス高さは、他のグループＡ～Ｃの材料と比べて最も低い（小さい）。なお、サンプル１は、レーザ照射開始から１０秒後の加熱による最高到達温度が約１０００℃近くまで達しており、サンプル１の融点が１４５０℃前後であることを考慮すると、レーザ照射の中心部では融点を超えた可能性もあると想定される。
【0126】
図２１は、サンプル２（ＳＵＳ４３０）についての上記各温度と時間との関係を示している。図２１（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル２を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３６３を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１と共通する。また、特徴量情報３６４についても、図２０と同様である。
【0127】
図２１（ｂ）に示すように、サンプル２については、レーザ照射開始から４秒（ｓ）後の温度が３１１℃で、レーザ照射開始から８秒（ｓ）後の判定時点の温度が３５２℃となり、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間における温度上昇が４１℃（８０℃未満）となった。また、サンプル２の最大ドロス高さはサンプル１と比べて高く（大きく）なり、９３μｍとなった（図２６参照）。
【0128】
従って、サンプル２は、判定期間の温度上昇が８０℃未満であり、サンプル１～６の中で最もレーザ加熱により昇温しにくい材料といえる。そして、サンプル２は、判定時点の冷却到達温度が４００℃未満であるため、上記のグループＡに相当する材料であることが判明した。サンプル２のフェライト系ステンレスは、融点が１５００℃前後とステンレスの中では比較的高く、判定照射条件でのレーザ照射では融点にまでは達していないと想定される。
【0129】
このサンプル２は、オースナイト系ステンレスに比べて熱伝導が大きいことや、電気抵抗が小さいためレーザ吸収率も小さいこと、更にオースナイト系ステンレスに比べて融点が５０℃程度高いことなどが上記の結果の要因となっていると考えられる。いずれにしても、サンプル２は、レーザ照射による材料が溶融するまでの熱量が不十分となり、溶融金属の温度が低下して、粘度が高くなるのでドロスが発生しやすい材料であるといえる。
【0130】
図２２は、サンプル３（ＳＵＳ４３０）についての上記各温度と時間との関係を示している。サンプル３は、サンプル２と同じＳＵＳ４３０であるが、製造ロットが異なるサンプルである。図２２（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル３を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３６５を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１，２と共通する。また、特徴量情報３６６についても、図２０，２１と同様である。
【0131】
図２２（ｂ）に示すように、サンプル３については、レーザ照射開始から４秒（ｓ）後の温度が４１６℃で、レーザ照射開始から８秒（ｓ）後の判定時点の温度が５１７℃となり、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間における温度上昇が１０１℃（８０℃以上）となった。また、サンプル３の最大ドロス高さは４１μｍとなり、最も低い（小さい）ものとなった（図２６参照）。
【0132】
従って、サンプル３は、判定期間の温度上昇が８０℃以上であり、サンプル２と比べて冷却到達温度の時間的変化に違いがあり、同じ材質でありながら昇温しやすい材料といえる。そして、サンプル３は、判定時点の冷却到達温度が８２０℃未満であるため、上記のグループＤに相当する材料であることが判明した。サンプル３は、サンプル２よりも溶融金属の温度が高温になり粘度が低下していると考えられるので、ドロスは小さいものとなった。
【0133】
図２３は、サンプル４（Ｓ３２７５０）についての上記各温度と時間との関係を示している。図２３（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル４を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３６７を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１～３と共通する。また、特徴量情報３６８についても、図２０～図２２と同様である。
【0134】
図２３（ｂ）に示すように、サンプル４については、レーザ照射開始から４秒（ｓ）後の温度が５８８℃で、レーザ照射開始から８秒（ｓ）後の判定時点の温度が６４８℃となり、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間における温度上昇が６０℃（８０℃未満）となった。また、サンプル４の最大ドロス高さは１１６４μｍとなり、最も高い（大きい）ものとなった（図２６参照）。
【0135】
従って、サンプル４は、判定期間の温度上昇が８０℃未満であり、２相ステンレスのためレーザ照射直後は温度上昇しやすいが、中間温度域では昇温が遅くなるという冷却到達温度の時間的変化に特徴を有する材料といえる。そして、サンプル４は、判定時点の冷却到達温度が４００℃以上であるため、上記のグループＢに相当する材料であることが判明した。
【0136】
サンプル４は、２相ステンレスなのでオースナイト相を含むため、熱伝導がやや小さく、電気抵抗も大きいので、レーザ吸収率は大きくなっており、レーザ照射による初期の昇温は速いと考えられる。また、中間温度域で温度上昇が停滞する領域があるのは、この温度域でフェライト相の一部がオーステナイト相に変態するため、変態潜熱により昇温しにくくなっていると考えられる。
【0137】
例えば、レーザ照射開始から１０秒後の加熱による最高到達温度は９００℃以下で、サンプル４の融点が１５００℃前後と高温であることを考慮すると、レーザ照射により融点までは到達していないと考えられる。また、相変態による潜熱の影響で溶融に必要な熱量も大きいため、レーザによる入熱で溶融金属の温度が上がりにくく、粘度が高くなる。このため、サンプル４は、ドロスが付着し易い材料であるといえる。
【0138】
図２４は、サンプル５（ＳＵＳ３０３）についての上記各温度と時間との関係を示している。図２４（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル５を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３６９を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１～４と共通する。また、特徴量情報３７０についても、図２０～図２３と同様である。
【0139】
図２４（ｂ）に示すように、サンプル５については、レーザ照射開始から４秒（ｓ）後の温度が６９４℃で、レーザ照射開始から８秒（ｓ）後の判定時点の温度が８３３℃となり、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間における温度上昇が１３９℃（８０℃以上）となった。また、サンプル５の最大ドロス高さは６４４μｍとなり、サンプル４に次いで高い（大きい）ものとなった（図２６参照）。
【0140】
従って、サンプル５は、判定期間の温度上昇が８０℃以上であり、高温域で大きな変曲点のあるレーザ照射により昇温しやすい材料といえる。そして、サンプル５は、判定時点の冷却到達温度が８２０℃以上であるため、上記のグループＣに相当する材料であることが判明した。サンプル５については、レーザ照射開始から７秒後の加熱による最高到達温度が１０００℃を超えており、温度上昇も停滞してくるので、この領域でレーザ照射の中心部では溶融が始まったと考えられる。
【0141】
また、レーザ照射開始から７秒前後の変曲点は溶融に伴う潜熱と関連していると考えられるので、溶融開始が速い材料といえる。そして、サンプル５は、被削性改善のために硫黄（Ｓ）を多く含む材料であり、溶融開始温度を下げて完全に溶融が完了するまでの固液共存する温度領域が広くなっていると考えられる。この固液共存領域が広がることで、この領域で温度上昇の停滞が起こったと推定され、固液共存領域では材料の粘度が非常に高いので、溶融金属が排出されにくい。このため、サンプル５は、ドロスが大きくなる材料であるといえる。
【0142】
図２５は、サンプル６（ＳＵＳ３１６）についての上記各温度と時間との関係を示している。図２５（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル６を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３７１を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１～５と共通する。また、特徴量情報３７２についても、図２０～図２４と同様である。
【0143】
図２５（ｂ）に示すように、サンプル６については、レーザ照射開始から４秒（ｓ）後の温度が６７５℃で、レーザ照射開始から８秒（ｓ）後の判定時点の温度が８０３℃となり、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間における温度上昇が１２８℃（８０℃以上）となった。また、サンプル６の最大ドロス高さは６６μｍとなった（図２６参照）。
【0144】
従って、サンプル６は、判定期間の温度上昇が８０℃以上であり、オースナイト系であるためニッケル（Ｎｉ）など比較的多くの合金元素を含み、電気抵抗が高く、レーザ吸収率も大きいので、レーザ照射により昇温しやすい材料といえる。そして、サンプル６は、判定時点の冷却到達温度が８２０℃未満であるため、上記のグループＤに相当する材料であることが判明した。
【0145】
なお、サンプル６は、レーザ照射開始から１０秒後の加熱による最高到達温度が約１０００℃近くまで達しており、サンプル６の融点が１４００℃前後であることを考慮すると、レーザ照射の中心部では素材表面が溶融開始している可能性がある。サンプル６は、判定期間の温度上昇が大きく、固液共存領域は小さいため、大きな変曲点もなく溶融域まで安定して温度上昇する。このため、サンプル６は、ドロスが小さい材料であるといえる。
【0146】
以上の観点から、ステンレス鋼の被加工材Ｗの加工性（ドロス）は、被加工材Ｗの内部成分による熱伝導の大きさ、相変態、溶融などの内部特性に大きく依存し、赤外線強度に基づく温度によって判定可能であることが証明された。そこで、本出願人は、レーザ加工ユニット２０及び赤外線センサ３０を用いて実施された上記の第４の調査の結果を勘案し、ステンレス鋼の被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報（判定基準）を上記のように設定した。
【0147】
そして、ステンレス鋼の被加工材Ｗの加工性の判定において、具体的には、レーザ加工装置１００Ａにおいては、レーザ加工ユニット２０Ａは、加工性判定工程において、判定照射条件で、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗに繰り返し照射（例えば、スポット照射）する。被加工材Ｗがステンレス鋼の場合、例えば記憶部６１に記憶された基準情報は、レーザ光ＬＢの照射開始後の所定期間（４秒後～８秒後）における被加工材Ｗの温度上昇値、及びレーザ光ＬＢの照射開始から所定時間（８秒）経過後の被加工材Ｗの冷却到達温度に基づく判定基準を含む。
【0148】
判定部６６Ａは、具体的には、例えば記憶部６１に記憶された特徴量情報に含まれる被加工材Ｗの温度上昇値、及び被加工材Ｗの冷却到達温度が、判定基準を満たすか否かによって、被加工材Ｗの加工性を判定する。
【0149】
なお、レーザ切断の加工の標準の加工条件（標準条件）は、より具体的には、例えばステンレス鋼の被加工材Ｗの板厚に応じた、レーザ出力が８５００（Ｗ）、加工速度が６５００（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が３００（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が１００（％）、ガス種がＮ２、ガス圧が１．０（ＭＰａ）、ノズルギャップが０．３（ｍｍ）及びＡＣＬが８０等の各パラメータの項目が設定されている。
【0150】
また、ステンレス鋼の被加工材Ｗに対するレーザ光ＬＢの判定照射条件は、例えば、レーザ出力が３８０（Ｗ）、加工速度が０（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が１０（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が７５（％）、ガス圧が０．０１（ＭＰａ）、ノズルギャップが５０（ｍｍ）、ノズルがＤ７．０ＡＬ、ガス種がＮ２、レンズ焦点距離が１９０（ｍｍ）、ＡＣＬが１４０、Ｂ軸が２５（ｍｍ）及びレーザ照射径が６．５（Φ）等の各パラメータの項目が設定されている。判定照射条件は、例えば、スポット（定点）でレーザ照射を行い、ステンレス鋼の被加工材Ｗの材料の内部状態（熱伝導、相変態、溶融）を温度特性により判別するための条件である。
【0151】
ここで、第２の実施形態における判定照射条件を上記のように設定してステンレス鋼の被加工材Ｗの内部特性を判定するのは、次の理由による。
すなわち、第４の調査により、温度変化の挙動から材料の熱電導率、相変態、溶融状況を評価することにより、ステンレス鋼の被加工材Ｗの材質的な加工性（切断性）の品質を判定可能なことが判明している。固体の熱伝導率を評価するためには、レーザ照射のエネルギー密度が高すぎると、瞬間的に溶融し、更には貫通してしまうので、材料が溶融しない温度範囲での温度の時間的変化の解析は必須であり、材質等の状況によっては溶融してしまっても貫通はしない温度範囲での温度の時間的変化を解析する必要もある。
すなわち、第４の調査により、温度変化の挙動から材料の熱電導率、相変態、溶融状況を評価することにより、ステンレス鋼の被加工材Ｗの材質的な加工性（切断性）の品質を判定可能なことが判明している。固体の熱伝導率を評価するためには、レーザ照射のエネルギー密度が高すぎると、瞬間的に溶融し、更には貫通してしまうので、材料が溶融しない温度範囲での温度の時間的変化の解析は必須であり、材質等の状況によっては溶融してしまっても貫通はしない温度範囲での温度の時間的変化を解析する必要もある。
【0152】
そして、ステンレス鋼の場合であっても、材料の熱伝導、相変態、溶融などの材料固有の材料特性（内部特性）を評価するためには、レーザ照射をオフにしたときの冷却温度を評価すれば、材料の熱伝導率などの内部特性を強く反映した結果が得られることは、第１の実施形態で既に述べた通りである。すなわち、レーザ照射による加熱の温度変化の挙動は、熱伝導率以外に、例えば材料表面状態に依存したレーザ吸収率の影響なども受けてしまうため、内部特性の評価には不向きであるので、冷却温度を評価するようにした。
【0153】
このことから、レーザ照射のエネルギー密度を上述したように設定し、冷却到達温度の時間的変化を評価するため、加熱時間と冷却時間が適正なバランスとなるように調整を行った。すなわち、レーザ照射の１サイクル（１００ｍｓ）で加熱時間を７５ｍｓとし、冷却時間を２５ｍｓとなるように調整し、アシストガスについては上述した目的で０．０１（ＭＰａ）に設定した。
【0154】
以上のような見解から、本出願人は、ステンレス鋼の被加工材Ｗの内部特性を判定するため判定基準（第１しきい値）を、例えば、繰り返し加熱冷却によるレーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間（判定期間）の冷却到達温度の温度上昇値が８０℃未満であるかに設定し、熱伝導の大きさを評価した。また、判定基準（第２しきい値、第３しきい値）を、例えば、レーザ照射開始から８秒後（判定時点）の冷却到達温度が４００℃未満であるか、８２０℃以上であるかに設定し、相変態の大きさ及び溶融状況を評価した。なお、レーザ照射開始から４秒後～８秒後の冷却到達温度の１ｍｓ間隔の温度上昇の変動によって、例えば固液共存温度領域の大きさを評価することも可能である。判定基準は、これらに限定されるものではない。
【0155】
例えば、判定基準を、温度１５００℃までレーザ照射を行いスポット（定点）加熱した後に、レーザ照射をオフにして冷却を開始し、冷却中の変曲点、冷却速度などを抽出した特徴量情報と比べるものとしてもよい。この特徴量情報を判定基準と比べて、内部特性を比較評価し、ドロスの大きさを判定して加工性を判定することもできる。なお、基準情報（判定基準）は、上述したように適宜変更、設定等が可能である。
【0156】
【0157】
図２７に示すように、レーザ加工装置１００Ａにおいて加工性判定処理がスタートすると、まず、ＮＣ装置６０において、記憶部６１の加工プログラムＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９０から、制御部６４に必要な加工プログラムが選択されて読み出される（ステップＳ１２０）。
【0158】
次に、加工プログラムにより選択された加工条件が、記憶部６１の加工条件ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９１から読み出される（ステップＳ１２１）。これと共に、ステップＳ１２１では、加工条件が適用されるステンレス鋼の被加工材Ｗの材料特性（内部特性）判定用のしきい値（判定基準）が、記憶部６１の材料特性判定用のしきい値ＤＢ（Ｄａｔａｂａｓｅ）３９４からロードされて、制御部６４及び演算処理部６３にそれぞれ設定される。
【0159】
また、演算処理部６３においては、判定用のしきい値（第１～第３しきい値）をそれぞれ決定する（ステップＳ１２２）。そして、内部特性判定用の判定照射条件下でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射して（ステップＳ１２３）、赤外線センサ３０によりレーザ照射時の放射光の赤外線に基づく温度を測定する（ステップＳ１２４）。
【0160】
その後、演算処理部６３は、上記ステップＳ１２４で測定された温度の時系列データを入力し、ステンレス鋼の被加工材Ｗの温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する。そして、判定部６６Ａは、抽出された特徴量情報と、設定された内部特性判定用の複数のしきい値（第１～第３しきい値）と、を比較することにより、それぞれの比較結果の組み合わせに基づいて、被加工材Ｗの材料のグループ分け（分類）及び加工性（切断性）の判定を行う。
【0161】
すなわち、図２８に示すように、まず、レーザ照射開始から４秒後～８秒後までの間の判定期間の温度上昇値が第１しきい値（８０℃）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２５）。このステップＳ１２５で、判定期間の温度上昇値が第１しきい値未満であると判定した場合（ステップＳ１２５のＹＥＳ）は、更にレーザ照射開始から８秒後（判定時点）の冷却到達温度が第２しきい値（４００℃）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２６）。
【0162】
このステップＳ１２６で、判定時点の冷却到達温度が第２しきい値未満であると判定した場合（ステップＳ１２６のＹＥＳ）は、被加工材ＷをグループＡに分類して（ステップＳ１２７）、材料特性はドロスが発生しやすく切断性が良くないものであると判定する。また、ステップＳ１２６で、判定時点の冷却到達温度が第２しきい値以上であると判定した場合（ステップＳ１２６のＮＯ）は、被加工材ＷをグループＢに分類して（ステップＳ１２８）、材料特性はドロスが発生しやすく切断性が良くないものであると判定する。
【0163】
一方、上記ステップＳ１２５で、判定期間の温度上昇値が第１しきい値以上であると判定した場合（ステップＳ１２５のＮＯ）は、更にレーザ照射開始から８秒後（判定時点）の冷却到達温度が第３しきい値（８２０℃）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２９）。
【0164】
このステップＳ１２９で、判定時点の冷却到達温度が第３しきい値以上であると判定した場合（ステップＳ１２９のＹＥＳ）は、被加工材ＷをグループＣに分類して（ステップＳ１３０）、材料特性はドロスが発生しやすく切断性が良くないものであると判定する。なお、グループＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれドロスが発生しやすい傾向にあるが、材料特性がそれぞれ異なる材料であるため、レーザ切断の加工条件は各グループ毎に分けて調整され得る。
【0165】
また、ステップＳ１２９で、判定時点の冷却到達温度が第３しきい値未満であると判定した場合（ステップＳ１２９のＮＯ）は、被加工材ＷをグループＤに分類して（ステップＳ１３１）、材料特性はドロスが小さく切断性が良好なものであると判定する。なお、グループＤは、ドロスが小さい材料特性の材料であるため、レーザ切断の加工条件は標準条件に調整され得る。
【0166】
そして、各ステップＳ１２７，Ｓ１２８，Ｓ１３０，Ｓ１３１でグループＡ～Ｄに分類され判定された被加工材Ｗの加工性の判定結果に応じて、判定結果処理が行われる（ステップＳ１３２）。判定結果処理では、例えば、分類されたグループに応じて、上記ステップＳ１２１で記憶部６１の加工条件ＤＢ３９１から読み出されて選択済みである加工条件に対する、変更要素（変更可能なパラメータ）等の算定等が行われたり、変更要素をオペレータに示唆可能な報知用情報が生成されたりする。
【0167】
判定結果処理の結果情報は、上記の判定結果と共に、報知部６７により表示部６２上に表示される（ステップＳ１３３）等してオペレータに報知され、本フローチャートによる一連の処理を終了する。以上のように、第２の実施形態に係るレーザ加工装置１００Ａにおいても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となるので、予め設定された加工条件で加工を行うべきか、被加工材に適した加工条件に変更等すべきかの判断をオペレータが容易に行うことが可能で、加工不良を低減することができる。
【0168】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、被加工材Ｗとしてアルミニウム合金を加工する場合の加工性判定について説明する。
図２９は、本発明の第３の実施形態に係る加工性判定装置の基本的構成を示すブロック図である。
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、被加工材Ｗとしてアルミニウム合金を加工する場合の加工性判定について説明する。
図２９は、本発明の第３の実施形態に係る加工性判定装置の基本的構成を示すブロック図である。
【0169】
第３の実施形態に係るレーザ加工装置１００Ｂは、例えば図２９に示すように、レーザ光ＬＢを加工照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗを加工する加工工程と、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材を貫通しない範囲の判定照射条件で被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗの加工性を判定する加工性判定工程と、を実行可能なレーザ加工ユニット２０Ｂと、被加工材Ｗに判定照射条件でレーザ光ＬＢを照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する赤外線センサ（測定部）３０と、赤外線センサ（測定部）３０によって測定された赤外線強度の時系列データに基づいて、被加工材Ｗの温度の時間的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部６８と、抽出された特徴量情報と、予め記録済みの被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報と、に基づいて、レーザ加工ユニット２０Ｂで、予め設定された加工条件で被加工材Ｗを加工した場合の被加工材Ｗの加工性を判定する判定部６６Ｂと、判定部６６Ｂにより判定された判定結果を報知する報知部６７と、を備え、特徴量情報及び基準情報を記憶する記憶部６１を備える。
【0170】
第３の実施形態における被加工材Ｗは、例えばアルミニウム合金である場合は主成分としてアルミニウム（Ａｌ）を含む。被加工材Ｗは、この主成分の他に用途に応じて、様々な合金元素、及び不可避的に混入する不純物が含まれる。
【0171】
アルミニウム合金の被加工材Ｗの内部特性とは、具体的には、被加工材Ｗの内部成分によるレーザ照射での温度上昇の大きさを意味する。アルミニウム合金は、レーザ吸収率が低いため昇温しにくいが、合金元素量及び熱処理等の製造プロセスによってレーザ吸収率が変化する。一般的に合金元素量が増えるとレーザ吸収率が高くなり昇温しやすくなる。そして、昇温しやすい材料ほど溶融量が増えるので、ドロスが大きくなる傾向が強い。
【0172】
そこで、アルミニウム合金の被加工材Ｗの温度上昇の大きさの内部特性を解析するための第５の調査を行った。第５の調査に当たっては、まず、アルミニウム合金はレーザ吸収率が低いので、被加工材Ｗの素材表面を所定のレーザ出力によって、表面の面粗さが所定の状態となるように、所定の深さだけ削ること（表面改質）を行った。そして、被加工材Ｗの素材内部にレーザ光ＬＢのスポット照射により繰り返し加熱冷却を行って、熱伝導、融点の違いなどの内部特性を解析した。なお、レーザ切断の切断加工の加工条件は、第４の調査と同様である。
【0173】
図３０～図３３は、被加工材に繰り返し加熱冷却を実施した際の温度と時間との関係を示すグラフである。図３４は、被加工材毎の加熱による最高到達温度の時間的変化の特徴量とドロスの大きさの調査結果を示す結果表である。なお、図３４の結果表３０７に示すように、被加工材Ｗとしてのサンプル１１～１４は、それぞれ板厚６ｍｍのアルミニウム合金の板金で、材種がＡ１０５０、Ａ６０６１、Ａ５０５２、Ａ６０６１である。また、図３４には、サンプル１１～１４毎の最高到達温度及び最大ドロス高さが示されている。
【0174】
図３０は、サンプル１１（Ａ１０５０）についての上記温度と時間との関係を示している。図３０（ａ）は、赤外線センサ３０でサンプル１１を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３７３を示している。図３０（ａ）において、縦軸は温度（℃）を表し、横軸は時間（ミリ秒：ｍｓ）を表している。
【0175】
第５の調査では、判定照射条件として、板厚６ｍｍの被加工材Ｗの素材内部にスポット照射するレーザ光ＬＢのレーザ出力を２０００Ｗ、周波数を１０Ｈｚ、デューティを９５％に設定し、１秒間に１０回の繰り返し加熱を行った。図３０（ｂ）は、図３０（ａ）の温度波形３７３の２周期分を、時間軸をｍｓ単位で拡大して示した温度波形３７４を示す図である。
【0176】
図３０（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢの照射開始からの温度測定時間（レーザ照射開始～５秒までの時間）内において、複数サイクルのレーザ照射により時間経過と共に被加工材Ｗの温度波形３７３，３７４が、約２５０℃～約３５０℃の間で細かく上下動（発熱及び放熱の繰り返し）することが分かり、温度測定時間内の加熱による最高到達温度の時間的遷移を特徴量情報として抽出することが可能である。
【0177】
そして、温度測定時間内の温度波形３７３，３７４が表す加熱による最高到達温度の時間的遷移の特徴量情報は、被加工材Ｗの熱伝導の大きさ、溶融に起因した温度変化（温度上昇の度合い）を示し、レーザ切断の切断品質に影響を及ぼす材質の特性を表しているので、以後の判定評価に用いることができる。このような特徴量情報に基づき、レーザ照射開始から５秒間の温度測定時間（所定時間）内の最高到達温度を、被加工材Ｗの材料の内部特性に基づく切断性を判定するための判定基準（第４しきい値）として設定した。
【0178】
すなわち、本出願人は、最高到達温度が高いものほどレーザ切断中の溶融温度まで容易に到達するので、溶融量が多くなりドロスが生成され易いことを見出した。これに基づき、レーザ照射開始から５秒間（温度測定時間内）の最高到達温度を判定するための第４しきい値を５５０℃に設定して、温度測定時間内の最高到達温度が５５０℃を超えるものは最大ドロス高さが大きい（高い）と評価した。
【0179】
従って、温度測定時間内の最高到達温度が第４しきい値（５５０℃）未満となる材料を、ドロスが小さいとしてグループＥに分類し、第４しきい値（５５０℃）以上となる材料を、ドロスが大きいとしてグループＦに分類した。なお、第４の調査と同様に、被加工材Ｗの切断性（加工性）の評価をドロスの大きさ（ドロス高さ）で評価した。また、ドロスの大きさの評価は、第４の調査と同様である。第５の調査では、温度測定時間内の最高到達温度が５５０℃未満の材料は、切断性（加工性）が良好であることが判明した。従って、グループＥは切断性が良好であり、グループＦは切断性が良くないものとした。
【0180】
図３０（ａ）に示すように、サンプル１１については、レーザ照射開始から５秒間の最高到達温度が３５６℃となり、最大ドロス高さは４２μｍとなった（図３４参照）。従って、サンプル１１は、温度測定時間内の最高到達温度が５５０℃未満であり、最大ドロス高さは小さく、温度上昇が小さいので、上記のグループＥに相当する材料といえる。これは、熱伝導率が大きいためと考えられ、レーザ照射中に温度は停滞することなく上昇し続けていることからも、サンプル１１の素材表面は溶融していないものと考えられる。
【0181】
図３１は、サンプル１２（Ａ６０６１）についての上記温度と時間との関係を示している。図３１は、赤外線センサ３０でサンプル１２を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３７５を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１１と共通する。
【0182】
図３１に示すように、サンプル１２については、レーザ照射開始から５秒間の最高到達温度が４８５℃となり、最大ドロス高さは５４μｍとなった（図３４参照）。サンプル１２は、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金であるので高強度が得られると共に、熱伝導率も優れた材料である。従って、サンプル１２は、温度測定時間内の最高到達温度が５５０℃未満であり、最大ドロス高さも小さく、熱伝導率も優れているので、サンプル１１と同様に昇温しにくい材料であり、上記のグループＥに相当する材料といえる。サンプル１２もレーザ照射中は温度が上昇し続けているので、素材表面は溶融していないものと考えられる。
【0183】
図３２は、サンプル１３（Ａ５０５２）についての上記温度と時間との関係を示している。図３２は、赤外線センサ３０でサンプル１３を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３７６を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１１，１２と共通する。
【0184】
図３２に示すように、サンプル１３については、レーザ照射開始から５秒間の最高到達温度が４９８℃となり、最大ドロス高さは６３μｍとなった（図３４参照）。サンプル１３は、Ａｌ－Ｍｇ合金であるのでＭｇを多く含有しており、Ｍｇの固溶体硬化により高強度が得られると共に、熱伝導率も比較的小さい材料である。従って、サンプル１３は、測定温度時間内の最高到達温度が５５０℃未満であり、最大ドロス高さも小さいので、上記のグループＥに相当する材料といえる。サンプル１３もレーザ照射中は温度が上昇し続けているので、素材表面は溶融していないものと考えられる。
【0185】
図３３は、サンプル１４（Ａ５０８３）についての上記温度と時間との関係を示している。図３３は、赤外線センサ３０でサンプル１４を測定して、赤外線センサ３０から出力された赤外線強度の時系列データを温度の時系列データに変換した温度波形３７７を示している。加工条件と判定照射条件については、サンプル１１～１３と共通する。
【0186】
図３３に示すように、サンプル１４については、レーザ照射開始から５秒間の最高到達温度が８５８℃となり、最大ドロス高さは１０５μｍとなった（図３４参照）。サンプル１４は、サンプル１３よりもＭｇの含有量が多く、他のサンプル１１～１３よりも昇温しやすい材料である。従って、サンプル１４は、温度測定時間内の最高到達温度が５５０℃以上であり、最大ドロス高さが大きいので、上記のグループＦに相当する材料といえる。サンプル１４は、レーザ照射開始から０．５秒後には温度上昇が停滞しているので、素材表面が溶融して潜熱により温度停滞が起こっているものと考えられる。
【0187】
以上の観点から、アルミニウム合金の被加工材Ｗの加工性（ドロス）は、被加工材Ｗの熱伝導の大きさ、溶融などの内部特性に大きく依存しているので、ステンレス鋼の場合と同様に赤外線強度に基づく温度によって判定可能であることが証明された。そこで、本出願人は、上記のように実施された第５の調査の結果を勘案して、アルミニウム合金の被加工材Ｗの加工性の判定用の基準情報（判定基準）を上記のように設定した。
【0188】
そして、アルミニウム合金の被加工材Ｗの加工性の判定において、具体的には、レーザ加工装置１００Ｂにおいては、レーザ加工ユニット２０Ｂは、加工性判定工程において、判定照射条件で、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗに繰り返し照射（例えば、スポット照射）する。被加工材Ｗがアルミニウム合金の場合、例えば記憶部６１に記憶された基準情報は、レーザ光ＬＢの照射開始から所定時間（温度測定時間）内（５秒間）の被加工材Ｗの最高到達温度に基づく判定基準を含む。
【0189】
判定部６６Ｂは、例えば記憶部６１に記憶された特徴量情報に含まれる被加工材Ｗの最高到達温度が、判定基準を満たすか否かによって、被加工材Ｗの加工性を判定する。
【0190】
なお、被加工材Ｗの内部特性を再現性よく判定するために、好ましくは、判定照射条件は、第１の照射条件及び第２の照射条件を含む。レーザ加工ユニット２０Ｂは、第１の照射条件でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材内部に照射する前に、第２の照射条件でレーザ光ＬＢを被加工材Ｗの素材表面に照射して被加工材Ｗの表面改質を行う。ここで、被加工材Ｗの表面改質は、例えば、第２の照射条件で照射されたレーザ光ＬＢにより被加工材Ｗの表面を平均深さ０ｍｍ～０．０２ｍｍ及び平均粗さ５μｍ～１０μｍとなるように表面粗化を行うものである。
【0191】
具体的には、レーザ切断の加工の標準の加工条件（標準条件）は、例えばアルミニウム合金の被加工材Ｗの板厚に応じた、レーザ出力が８５００（Ｗ）、加工速度が６３００（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が２０００（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が１００（％）、ガス種がＮ２、ガス圧が１．６（ＭＰａ）、ノズルギャップが０．３（ｍｍ）及びＡＣＬが１２０等の各パラメータの項目が設定されている。
【0192】
また、アルミニウム合金の被加工材Ｗに対するレーザ光ＬＢの第３の実施形態における第１の照射条件は、例えば、レーザ出力が２０００（Ｗ）、加工速度が０（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が１０（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が９５（％）、ガス圧が０．０４（ＭＰａ）、ノズルギャップが５０（ｍｍ）、ノズルがＤ７．０ＡＬ、ガス種がＯ２、レンズ焦点距離が１９０（ｍｍ）、ＡＣＬが１４０、Ｂ軸が２５（ｍｍ）及びレーザ照射径が６．５（Φ）等の各パラメータの項目が設定されている。第１の照射条件は、例えば、スポット（定点）でレーザ照射を行い、アルミニウム合金の被加工材Ｗの材料の内部状態（熱伝導、溶融）を温度特性により判別するための条件である。
【0193】
一方、レーザ光ＬＢの第３の実施形態における第２の照射条件は、例えば、焦点位置が素材表面に位置する状態で、レーザ出力が６５０（Ｗ）、加工速度が１００００（ｍｍ／ｍｉｎ）、（パルス）周波数が５０００（Ｈｚ）、（パルス）デューティ（パルス幅）が３５（％）、ガス圧が０．３（ＭＰａ）、ノズルギャップが８（ｍｍ）、ノズルがＤ７．０ＡＬ、ガス種がＯ２及びレンズ焦点距離が１９０（ｍｍ）等の各パラメータの項目が設定され、上記のような表面改質を行うための条件である。
【0194】
第３の実施形態における判定照射条件（第１の照射条件）を上記のように設定してアルミニウム合金の被加工材Ｗの内部特性を判定するのは、次の理由による。
すなわち、第５の調査により、温度変化の挙動から材料の熱伝導率及び溶融状態を評価することにより、アルミニウム合金の被加工材Ｗの材質的な加工性（切断性）の品質を判定可能なことが判明している。固体の熱伝導率及び溶融状態を評価するためには、材料の素材表面を溶融したとしても貫通させない範囲のレーザ照射の条件に調整する必要がある。
すなわち、第５の調査により、温度変化の挙動から材料の熱伝導率及び溶融状態を評価することにより、アルミニウム合金の被加工材Ｗの材質的な加工性（切断性）の品質を判定可能なことが判明している。固体の熱伝導率及び溶融状態を評価するためには、材料の素材表面を溶融したとしても貫通させない範囲のレーザ照射の条件に調整する必要がある。
【0195】
そして、アルミニウム合金の場合、材料の熱伝導及び溶融などの材料固有の材料特性（内部特性）を評価するためには、レーザ照射による加熱における温度測定期間内の最高到達温度を評価することにより、材料の内部特性を評価しやすいことが判明した。材料の内部特性は、冷却中の到達温度でも評価可能ではあるが、アルミニウム合金は熱伝導が極めて大きい材料であるため、一般的に冷却速度が速く、冷却到達温度が低いので、材料特性の影響が表れにくい。これに対し、加熱による到達温度で評価した方が、材料の熱伝導率などの内部特性を強く反映した結果が得られることが判明した。
【0196】
このことから、材料におけるレーザ照射面の状態によるレーザ吸収率の変動を抑えるために、内部特性の判定前に上記のような表面改質を行った上で、加熱による到達温度の時間的変化を評価するため、加熱時間と冷却時間が適正なバランスとなるように調整を行った。すなわち、レーザ照射の１サイクル（１００ｍｓ）で加熱時間を９５ｍｓとし、冷却時間を５ｍｓとなるように調整し、アシストガスについては上述した目的で０．０４（ＭＰａ）に設定した。
【0197】
以上のような見解から、本出願人は、アルミニウム合金の被加工材Ｗの内部特性を判定するための判定基準（第４しきい値）を、例えば、繰り返し加熱冷却によるレーザ照射開始から５秒間（温度測定期間内）の最高到達温度が５５０℃未満であるかに設定し、レーザ照射による溶融のしやすさを評価した。なお、判定基準は、これに限定されるものではない。
【0198】
例えば、判定基準を、所定の基準温度（例えば、５００℃）までに、加熱温度が到達する時間を特徴量としたものに基づき設定するようにしてもよい。この加熱温度が到達する時間を判定基準と比べて、溶融のしやすさを比較評価し、ドロスの大きさを判定して加工性を判定することもできる。この場合の基準情報（判定基準）も、上述したように適宜変更、設定等が可能である。
【0199】
［加工性判定の処理フロー］
図３５は、加工性判定装置のアルミニウム合金の加工性判定処理フローの他の例の一部を示すフローチャートである。
この加工性判定処理では、レーザ加工ユニット２０Ｂによって、図２７に示したステップＳ１２２及びステップＳ１２３の間で、上述したような表面改質処理が行われる。また、制御部６４等に設定される内部特性判定用のしきい値（第４しきい値）は、第２の実施形態のものとは異なる。更に、加工条件及び判定照射条件（第１の照射条件、第２の照射条件）は、第２の実施形態（ステンレス鋼）のものとは異なる。それ以外は、ステンレス鋼の場合と同様に行われ得る。したがって、ここでは、上記ステップＳ１２４以降の相違する処理について主に説明する。
図３５は、加工性判定装置のアルミニウム合金の加工性判定処理フローの他の例の一部を示すフローチャートである。
この加工性判定処理では、レーザ加工ユニット２０Ｂによって、図２７に示したステップＳ１２２及びステップＳ１２３の間で、上述したような表面改質処理が行われる。また、制御部６４等に設定される内部特性判定用のしきい値（第４しきい値）は、第２の実施形態のものとは異なる。更に、加工条件及び判定照射条件（第１の照射条件、第２の照射条件）は、第２の実施形態（ステンレス鋼）のものとは異なる。それ以外は、ステンレス鋼の場合と同様に行われ得る。したがって、ここでは、上記ステップＳ１２４以降の相違する処理について主に説明する。
【0200】
上記ステップＳ１２４で赤外線強度に基づく温度を測定したら、図３５に示すように、判定部６６Ｂは、レーザ照射開始から５秒間の温度測定期間内の最高到達温度が第４しきい値（５５０℃）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３４）。このステップＳ１３３で、温度測定期間内の最高到達温度が第４しきい値未満であると判定した場合（ステップＳ１３３のＹＥＳ）は、被加工材ＷをグループＥに分類して（ステップＳ１３５）、材料特性はドロスが発生しにくく切断性が良好なものであると判定する。
【0201】
一方、ステップＳ１３３で、温度測定期間内の最高到達温度が第４しきい値以上であると判定した場合（ステップＳ１３３のＮＯ）は、被加工材ＷをグループＦに分類して（ステップＳ１３６）、材料特性はドロスが発生しやすく切断性が良くないものであると判定する。
【0202】
そして、各ステップＳ１３５，Ｓ１３６でグループＥ，Ｆに分類された被加工材Ｗの加工性の判定結果に応じて、上記のステップＳ１３２と同様に判定結果処理が行われ（ステップＳ１３７）、結果情報を上記の判定結果と共に表示部６２上に表示する（ステップＳ１３８）等してオペレータに報知し、本フローチャートによる一連の処理を終了する。
【0203】
以上のように、第３の実施形態に係るレーザ加工装置１００Ｂにおいても、第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となるので、予め設定された加工条件で加工を行うべきか、被加工材に適した加工条件に変更等すべきかの判断をオペレータが容易に行うことが可能で、加工不良を低減することができる。
【0204】
［変形例］
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、一実施形態に記載の範囲には限定されない。上述した実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、一実施形態に記載の範囲には限定されない。上述した実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【0205】
例えば、上述した第１の実施形態では、被加工材Ｗの材料の表面性状及び内部特性の組み合わせの判定結果が、「良好」又は「不良」の二択により加工性を判定することについて説明したが、これに限定されない。例えば、被加工材Ｗの材料の表面性状及び内部特性の判定を、それぞれ複数のしきい値による「○」、「△」及び「×」等の複数段階の評価により行って、これら複数段階の評価に基づき、加工性をより細かく判定するようにしてもよい。
【0206】
また、上述した第２の実施形態では、ステンレス鋼の被加工材Ｗの材料特性（内部特性）の判定を、判定期間の温度上昇値及び判定時点の冷却到達温度に対して第１しきい値～第３しきい値の判定基準を用いて行い、第３の実施形態では、アルミニウム合金の被加工材Ｗの内部特性の判定を、温度測定期間内の最高到達温度に対して第４しきい値の判定基準を用いて行うことについて説明したが、これらに限定されない。例えば、被加工材Ｗの内部特性の判定を、より多くの特徴量に対してより多くの（複数段階の）しきい値を設定して行い、より細かく材料特性の分類分け等を行って判定するようにしてもよい。
【0207】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0208】
１１ 加工テーブル
２０ レーザ加工ユニット
２２ レーザ加工ヘッド
３０ 赤外線センサ
６０ ＮＣ装置
１００ レーザ加工装置
Ｗ 被加工材
２０ レーザ加工ユニット
２２ レーザ加工ヘッド
３０ 赤外線センサ
６０ ＮＣ装置
１００ レーザ加工装置
Ｗ 被加工材
【要約】
【課題】加工前に被加工材の加工条件に基づく加工性を判定して報知し、オペレータの判断を容易にし、加工不良を低減する。
【解決手段】加工性判定装置は、加工性判定工程において被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件でレーザ光を被加工材に照射するレーザ加工ユニットと、被加工材にレーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、測定された赤外線強度の時系列データに基づいて被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、抽出された特徴量情報と予め記録済みの被加工材の加工性の判定用の基準情報とに基づいてレーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で被加工材を加工した場合の被加工材の加工性を判定する判定部と、判定された判定結果を報知する報知部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】加工性判定装置は、加工性判定工程において被加工材の素材の融点を超えない判定照射条件でレーザ光を被加工材に照射するレーザ加工ユニットと、被加工材にレーザ光を照射したときに発生する放射光の赤外線強度を測定する測定部と、測定された赤外線強度の時系列データに基づいて被加工材の温度の時間的又は位置的変化を示す特徴量情報を抽出する特徴量抽出部と、抽出された特徴量情報と予め記録済みの被加工材の加工性の判定用の基準情報とに基づいてレーザ加工ユニットで、予め設定された加工条件で被加工材を加工した場合の被加工材の加工性を判定する判定部と、判定された判定結果を報知する報知部と、を備える。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】