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WO2022180775A1 - レーザ加工装置、厚さ検出方法および厚さ検出装置 - Google Patents

レーザ加工装置、厚さ検出方法および厚さ検出装置 Download PDF

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WO2022180775A1
WO2022180775A1 PCT/JP2021/007288 JP2021007288W WO2022180775A1 WO 2022180775 A1 WO2022180775 A1 WO 2022180775A1 JP 2021007288 W JP2021007288 W JP 2021007288W WO 2022180775 A1 WO2022180775 A1 WO 2022180775A1
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intensity
optical axis
laser
coating layer
workpiece
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文広 糸魚川
修 近田
奨 藤原
将太郎 安田
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Nagoya Institute of Technology NUC
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Nagoya Institute of Technology NUC
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Priority to CN202180005400.XA priority patent/CN114502316B/zh
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    • B23K2101/20—Tools

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing.
  • Patent Document 1 a technique has been proposed in which a cylindrical irradiation area extending in the direction of the optical axis of a laser is displaced in a direction that intersects the optical axis, thereby forming a processing surface on the surface side of the workpiece through which the irradiation area passes.
  • This processing method is an excellent processing method in that mechanical damage can be reduced and a smooth processed surface can be formed as compared with a mechanical processing method.
  • This type of machining method is used to machine corners in a workpiece having corners formed by two adjacent surfaces, such as a cutting tool having corners formed by a rake face and a flank face. is also used. Specifically, a laser is irradiated so that the optical axis extends along the direction in which the rake face or flank face expands, and by displacing this laser, a new rake face or flank face is formed at the corner as a processing surface. or forming a shape for a specific use, such as an edge or asperity.
  • a coating layer such as a diamond coating is formed on the corners of the object to be processed to increase its hardness. , it is necessary to check in advance whether the coating layer has an appropriate thickness.
  • the thickness of the coating layer must be measured by setting the workpiece in the measuring device for that purpose.
  • the present invention has been made to solve such problems, and its object is to provide a technique for easily checking the thickness of a coating layer formed on an object to be processed. be.
  • a first aspect of the present invention has a plurality of adjacent surfaces that form corners with respect to a laser beam irradiated so that the optical axis extends in a predetermined direction, and the corners have optical transparency.
  • a laser processing apparatus configured to process a corner of an object on which a coating layer made of a material having wherein an actuator for displacing the object relative to the laser along a direction intersecting the optical axis is moved relatively to the object to be processed with respect to the optical axis, or Displacement control means for controlling separation, and a position outside the irradiation area extending cylindrically in at least the laser in a plan view intersecting the optical axis, and detecting the intensity of light reaching this position.
  • the detection unit detects a predetermined first intensity and a second intensity that is smaller than the first intensity by a predetermined threshold value or more.
  • a predetermined threshold value or more the distance by which the workpiece is displaced relative to each other between the detected points of the first intensity and the third intensity. as the thickness of the coating layer applied to the corner.
  • This first phase may be like the second phase shown below.
  • the detection unit has at least the above-described It is provided at a position outside the irradiation region extending cylindrically in the laser.
  • corners are formed by a plurality of surfaces that are adjacent to the optical axis of the laser irradiated so that the optical axis extends in a predetermined direction, and the corners are formed with light beams.
  • a detection step of detecting, as the thickness of the coating layer applied to the corner, the distance by which the workpiece is displaced relative to each other between the detected points of the first intensity and the third intensity; is a thickness detection method comprising:
  • a fourth aspect includes: an irradiation unit that irradiates a laser so that an optical axis extends in a predetermined direction; an actuator that relatively displaces an object having a coating layer made of a material having optical transparency on a portion along a direction intersecting the optical axis with the corner portion facing the laser side; , displacement control means for controlling the actuator so that the object to be processed moves relatively toward or away from the optical axis; and a detection unit that detects the intensity of light reaching this position, and the detection unit detects the intensity of the light reaching the optical axis in the process of relatively approaching or leaving the object to be processed with respect to the optical axis.
  • a predetermined first intensity, a second intensity smaller than the first intensity by a predetermined threshold or more, and a third intensity larger than the first intensity are detected in order.
  • the point at which the first intensity is obtained is the thickness of the coating layer.
  • the thickness of the coating layer can be detected based on the transition of the light intensity and the relative displacement distance of the object.
  • the transition of the intensity of light and the relative displacement distance of the object to be processed can be specified based on the functions of the laser processing device, the measurement device for that can be used to measure the object to be processed.
  • the work up to the actual processing can be simplified.
  • Block diagram showing the overall configuration of a laser processing device
  • Block diagram showing the configuration of the irradiation unit The figure which shows the positional relationship of the irradiation area of a laser, and a detection part.
  • Flowchart showing processing procedure of thickness detection processing Diagram showing how the object to be processed approaches the optical axis of the laser Graph showing changes in light intensity detected by the detector
  • the laser processing apparatus 1 holds an irradiation unit 10 that irradiates a laser so that the optical axis extends in a predetermined direction (vertical direction in FIG. 1), and an object 100 to be processed.
  • a detection unit 50 that detects the intensity of light at a position and a control unit 60 that controls the operation of the entire laser processing apparatus 1 are provided.
  • the irradiation unit 10 includes an oscillator 11 that outputs a pulse laser, a vibration adjuster 13 that adjusts the order of the frequency of the laser, a polarization element 14 that adjusts the polarization state, and an attenuator that adjusts the laser output.
  • ATT a beam expander
  • EXP beam expander
  • the oscillator 11 uses an Nd:YAG pulse laser.
  • the configuration is made up of a single optical lens 19, the configuration includes a set of optical lenses arranged at predetermined intervals and a mechanism for adjusting the intervals between the optical lenses. may be
  • the holding part 20 is a rod-shaped member extending in a direction intersecting the optical axis of the laser (horizontal direction in FIG. 1), and is configured to be able to hold the workpiece 100 at its tip. This workpiece 100 is held in a positional relationship in which the end protrudes from the tip of the holding portion 20 .
  • the irradiation unit displacement mechanism 30 includes a mechanism main body 31, which is an actuator that displaces the irradiation unit 10 in a predetermined direction in a state in which the irradiation unit 10 is attached, and a driving unit 33 that operates the mechanism main body 31 based on a command from the outside.
  • the mechanism main body 31 is configured to displace the irradiation unit 10 in a direction that intersects the optical axis of the laser (the direction from the front to the back of the page of FIG. 1).
  • the holding portion displacement mechanism 40 includes a mechanism main body 41, which is an actuator that displaces the holding portion 20 in a predetermined direction in a state in which the holding portion 20 is attached, and a driving portion 43 that operates the mechanism main body 41 based on a command from the outside.
  • the mechanism main body 41 is configured to displace the holding portion 20 in its extending direction.
  • the detection unit 50 is located on the opposite side of the irradiation unit 10 when the space extending along the optical axis 210 is divided by the workpiece 100 (lower than the holding unit 20 in FIG. 3). area), the optical sensor is provided at a position that is at least outside the irradiation area 200 when viewed from a plane that intersects the optical axis 210 (the plane of the dashed line in FIG. 3), and the intensity of light reaching this position ( hereinafter also referred to as “light intensity”).
  • a line sensor in which a plurality of light-receiving elements are arranged in a direction away from the optical axis 210 is employed as the detection unit 50 .
  • the detection unit 50 is arranged at a position where diffracted light can reach with sufficient intensity in the thickness detection process to be described later.
  • the control unit 60 is a computer that controls laser irradiation by the irradiation unit 10, displacement of the irradiation unit 10 by the irradiation unit displacement mechanism 30, displacement of the holding unit 20 by the holding unit displacement mechanism 40, and the like, according to control commands to each unit. .
  • the workpiece 100 has corners 110 formed by a plurality of adjacent surfaces.
  • the workpiece 100 is a cutting tool having two surfaces, one of which is a rake surface and the other of which is a flank surface, and which is made of cemented carbide that does not have optical transparency. It is something to do.
  • an object in which a coating layer 120 made of a material with high light transmittance is formed on the corner 110 is also used.
  • a diamond film having optical transparency is used as the coating layer 120 .
  • the coating layer 120 formed of a diamond film has a light transmittance higher than that of the corner 110 itself.
  • the object 100 to be processed is placed in a positional relationship in which the corner 110 faces the laser irradiation area 200 side, so that the surface formed by the corner 100 is inclined with respect to the optical axis 210 .
  • a laser is irradiated so that the optical axis extends along the surface direction of the corner 110, and the laser is displaced to form a processing surface on the corner 110. can be done.
  • setting information stored in advance in the built-in memory 61 is read (s110).
  • This setting information is information set by the user in advance, and the output P0 [w] of the laser irradiated by the irradiation unit 10 and the processing according to the material characteristics of the workpiece 100 installed in the holding unit 20 It consists of a threshold value Pth[w] and coordinate information defining the optical axis 210 .
  • the laser output level P0 is set to a value (P0 ⁇ Pth) smaller than the processing threshold value Pth for thickness detection.
  • laser irradiation by the irradiation unit 10 is started (s120).
  • the irradiation unit 10 that has received an instruction from the control unit 60 starts laser irradiation.
  • displacement of the workpiece 100 toward the optical axis 210 of the laser irradiated by the irradiation unit 10 is started (s130).
  • a control command is issued to the holding portion displacement mechanism 40 so that the holding portion 20 is displaced toward the optical axis 210 , and the holding portion displacement mechanism 40 receives this command to move the workpiece 100 toward the optical axis 210 side. start displacement.
  • the workpiece 100 is displaced by a predetermined unit distance per unit time.
  • monitoring of the light intensity detected by the detection unit 50 is started (s140).
  • the light intensity detected for each point reached by displacement of a unit distance is acquired and recorded.
  • the sum or average of the light intensities (W) output from the respective light receiving elements of the line sensor employed as the detection unit 50 is detected as the light intensity at that point.
  • the termination condition For example, the end of the workpiece 100 at which the light intensity becomes equal to or less than the termination threshold defined as the termination condition over a certain distance (for example, a distance that is several times the unit distance) is defined as the termination condition. It is determined that the end condition is satisfied when the end position (for example, the position of the optical axis 210) is reached.
  • a standby state is entered until the conditions for ending the thickness detection process are satisfied (s150: NO), and during that time, changes in light intensity are recorded for each point reached by displacement of a unit distance.
  • FIG. 5A A first point reaching the surface of (FIG. 5A), a second point where the irradiation region 200 overlaps the coating layer 120 (FIG. 5B), and the irradiation region 200 is on the surface of the object 100 body It passes through the 3rd point (FIG.5(C)) which it reaches respectively.
  • the intensity of light (first intensity) is lower than at a third point (see (A) in FIG. 6).
  • the diffracted light that wraps around the surface of the main body of the processing object 100 reaches the outside of the irradiation area 200. Since the main body of the processing object 100 hardly transmits light, the irradiation area The intensity of light reaching the outside of 200 (third intensity) is greater than at any point (see (C) in FIG. 6).
  • the point (first point) at which the first intensity is obtained and the third The displacement distance of the workpiece 100 between the strength point (third point) is the thickness of the coating layer 120 .
  • the irradiation area 200 of the laser is largely blocked by the object 100, so the intensity of the light reaching the outside of the irradiation area 200 is It decreases to a value smaller than any of the points described above (area on the right side of (C) in FIG. 6). In this embodiment, such a small value is used as the "end threshold".
  • the thickness of the coating layer 120 is detected based on the transition of the light intensity recorded so far (s160).
  • a predetermined first intensity a second intensity that is smaller than the first intensity by a predetermined threshold value or more, and a third intensity that is larger than the first intensity are detected in order as the transition of the light intensity
  • the distance that the workpiece 100 is displaced between the detected points of the first intensity and the third intensity is detected as the thickness of the coating layer 120 applied to the corner 110 .
  • s130 described above is the displacement control means and the displacement control procedure in the present invention
  • s140 is the detection procedure in the present invention
  • s160 is the detection means and the detection procedure in the present invention.
  • the optical axis 210 and the workpiece 100 are arranged to approach each other by displacing the holding section 20 .
  • the workpiece 100 can be brought relatively close to the optical axis 210, and the irradiation unit 10 may be configured to be displaced.
  • the laser processing apparatus 1 is provided with the detection unit 50, and the control unit 60 is configured to execute the thickness detection process, thereby integrating the thickness detection function into the laser processing apparatus 1.
  • the control unit 60 is configured to execute the thickness detection process, thereby integrating the thickness detection function into the laser processing apparatus 1.
  • this function does not need to be integrated into a device such as the laser processing device 1.
  • the holding unit displacement mechanism 40, the detection unit 50, and a control unit that executes the thickness detection process 60 may be configured as an independent device.
  • the optical axis 210 and the workpiece 100 are brought closer to each other from a state in which they are separated, and the thickness of the coating layer 120 is detected based on the light intensity in the process.
  • the above-described embodiment may be configured to detect the thickness of the coating layer 120 based on the light intensity in the process in which the optical axis 210 and the workpiece 100 are separated from the state in which they approach or overlap each other. good.
  • the workpiece 100 moves from the third point (FIG. 5(C)), the second point (FIG. 5(B)) and the first point (FIG. 5 (A)), when the third intensity, the second intensity and the first intensity are detected in order, the point where the first intensity (first point) and the point where the third intensity (third point) can be detected as the thickness of the coating layer 120 .
  • the point at which the first intensity is obtained is the thickness of the coating layer 120 .
  • the thickness of the coating layer 120 can be detected based on the transition of the light intensity and the relative displacement distance of the object 100 .
  • the transition of the light intensity and the relative displacement distance of the workpiece 100 can be specified based on the functions of the laser processing apparatus 1.
  • the work up to the actual machining can be simplified.
  • the laser processing apparatus, thickness detection method, and thickness detection apparatus of the present invention can be used to detect the thickness of the coating layer of an object having a coating layer formed on the corners.

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Abstract

所定方向に光軸が延びるレーザに対し、角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、相対的に変位させることで、前記角部を加工するレーザ加工装置であって、アクチュエータを前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れるよう制御する変位制御手段と、前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置に設けられ、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知部と、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知部により、所定の第１強度、前記第１強度よりも小さい第２強度および前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記コーティング層の厚さとして検出する検出手段と、を備える。

Description

レーザ加工装置、厚さ検出方法および厚さ検出装置
　本発明は、本発明は、レーザによる加工を行うレーザ加工装置に関する。
　近年、レーザの光軸方向に延びる円筒状の照射領域を、その光軸と交差する方向へ変位させることにより、この照射領域が通過する加工対象物の表面側に加工面を形成する技術が提案されている（特許文献１） 。この加工方法は、機械的な加工方法に比べて機械的損傷を減らし滑らかに加工面を形成できるという点で優れた加工方法である。
特許６５６２５３６号公報
　この種の加工方法は、例えば、すくい面および逃げ面で形成された角部を有する切削工具のように、それぞれ隣接する２つの面で形成された角部を有する加工対象物における角部の加工にも用いられている。具体的には、すくい面または逃げ面の拡がる方向に沿って光軸が延びるようにレーザを照射させ、このレーザを変位させることによって、加工面として角部に新たなすくい面または逃げ面を形成したり、エッジや凹凸など特定用途で用いるための形状を形成する、といったことである。
　また、加工対象物は、角部にダイヤモンド被膜などのコーティング層を形成して硬度を高めることも行われているが、このようなコーティング層への加工面の形成や機能付与を行う場合には、適切な厚さのコーティング層であるかを事前にチェックする必要がある。
　しかし、コーティング層の厚さは、そのための測定装置に加工対象物をセットして測定しなければならず、適切な厚さのコーティング層であることを確認したうえで、あらためてレーザ加工装置にセットする必要があり、従来は、実際の加工までの作業が煩雑になっているという課題があった。
　本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、加工対象物に形成されたコーティング層の厚さを簡便にチェックできるようにするための技術を提供することである。
　上記課題を解決するため第１局面は、所定方向に光軸が延びるように照射されたレーザに対し、それぞれ隣接する複数の面により角部が形成され、かつ、前記角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、前記角部を前記レーザ側に向けて相対的に変位させることで、前記レーザによって前記角部を加工するように構成されたレーザ加工装置であって、前記レーザに対して前記加工対象物を前記光軸と交差する方向に沿って相対的に変位させるためのアクチュエータを、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れるよう制御する変位制御手段と、前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置に設けられ、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知部と、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知部により、所定の第１強度、前記第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記角部に施されたコーティング層の厚さとして検出する検出手段と、を備える、レーザ加工装置である。
　この第１局面は、以下に示す第２局面のようにしてもよい。
　第２局面において、前記検知部は、前記光軸に沿って延びる空間を加工対象物で２分した場合における前記照射部と反対側の領域のうち、前記光軸と交差する平面視で少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側の位置に設けられている。
　上記課題を解決するため第３局面は、所定方向に光軸が延びるように照射されるレーザの光軸に対し、それぞれ隣接する複数の面により角部が形成され、かつ、前記角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、前記角部を前記レーザ側に向けた状態で相対的に接近させるまたは離す変位制御手順と、前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置で、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知手順と、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知手順により、所定の第１強度、前記第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記角部に施されたコーティング層の厚さとして検出する検出手順と、を備える厚さ検出方法である。
　上記課題を解決するため第４局面は、所定方向に光軸が延びるようにレーザを照射する照射部と、前記レーザに対し、それぞれ隣接する複数の面により角部が形成され、かつ、前記角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、前記角部を前記レーザ側に向けた状態で、前記光軸と交差する方向に沿って相対的に変位させるアクチュエータと、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れるよう前記アクチュエータを制御する変位制御手段と、前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置に設けられ、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知部と、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知部により、所定の第１強度、前記第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記角部に施されたコーティング層の厚さとして検出する検出手段と、を備える、厚さ検出装置である。
　上記各局面では、光軸と加工対象物とが接近するまたは離れる過程において、第１強度、第２強度および第３強度が順に検知された場合、第１強度となった地点（第１地点）と第３強度となった地点（第３地点）との間における相対的な変位距離が、コーティング層の厚さとなる。上記局面では、このような光の強度の推移、および、加工対象物の相対的な変位距離に基づき、コーティング層の厚さを検出することができる。
　また、上記各局面では、このような光の強度の推移および加工対象物の相対的な変位距離を、レーザ加工装置の有する機能に基づいて特定することができるため、そのための測定装置に加工対象物をセットし直すことなく、コーティング層の厚さを確認することができる結果、実際の加工までの作業を簡略化することができる。
レーザ加工装置の全体構成を示すブロック図 照射部の構成を示すブロック図 レーザの照射領域と検知部との位置関係を示す図 厚さ検出処理の処理手順を示すフローチャート レーザの光軸へと加工対象物が接近する様子を示す図 検知部により検知される光強度の推移を示すグラフ
　本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（１）装置構成
　レーザ加工装置１は、図１に示すように、所定方向（図１における上下方向）に光軸が延びるようにレーザを照射させる照射部１０と、加工対象物１００を保持するための保持部２０と、加工対象物１００に対して照射部１０を変位させるための照射部変位機構３０と、レーザに対して保持部２０を変位させるための保持部変位機構４０と、所定の位置において光の強度を検知する検知部５０と、レーザ加工装置１全体の動作を制御する制御部６０と、を備えている。
　照射部１０は、図２に示すように、パルスレーザを出力する発振器１１、レーザの振動数の次数を調整する振動調整器１３、偏光状態を調整する偏光素子１４、レーザの出力を調整するアッテネータ（ＡＴＴ）１５、レーザの径を調整するためのビームエキスパンダー（ＥＸＰ）１７などを備え、これらを経たレーザが光学レンズ１９を介して出力されるように構成されており、所定の方向（本実施形態ではＺ軸方向）に光軸を向けてレーザを照射させる。これらのうち、発振器１１には、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザが用いられている。なお、ここでは、単一の光学レンズ１９からなる構成となっているが、所定間隔を空けて配置された一組の光学レンズと、この光学レンズの間隔を調整するための機構を備えた構成としてもよい。
　保持部２０は、レーザの光軸と交差する方向（図１における左右方向）に延びる棒状の部材であり、その先端に加工対象物１００を保持可能に構成されている。この加工対象物１００は、その端部が保持部２０の先端から突出する位置関係で保持される。
　照射部変位機構３０は、照射部１０が取り付けられた状態で所定方向に変位するアクチュエータである機構本体３１と、外部からの指令に基づいて機構本体３１を動作させる駆動部３３と、を備えている。本実施形態において、機構本体３１は、照射部１０をレーザの光軸とそれぞれ交差する方向（図１における紙面の手前から奥へ向かう方向）に変位させるように構成されている。
　保持部変位機構４０は、保持部２０が取り付けられた状態で所定方向に変位するアクチュエータである機構本体４１と、外部からの指令に基づいて機構本体４１を動作させる駆動部４３と、を備えている。本実施形態において、機構本体４１は、保持部２０をその延びる方向に変位させるように構成されている。
　検知部５０は、図３に示すように、光軸２１０に沿って延びる空間を加工対象物１００で２分した場合における照射部１０と反対側の領域（図３における保持部２０よりも下方の領域）のうち、光軸２１０と交差する平面（図３における破線の面）視で少なくとも照射領域２００の外側となる位置に設けられた光センサであり、この位置にまで到達する光の強度（以降「光強度」ともいう）を検知する。本実施形態では、検知部５０として、光軸２１０から離れる方向に向けて複数の受光素子が配置されたラインセンサが採用されている。なお、この検知部５０は、後述する厚さ検出処理において回折光が十分な強度で到達可能な位置に配置されたものである。
　制御部６０は、各部への制御指令により、照射部１０によるレーザの照射、照射部変位機構３０による照射部１０の変位、保持部変位機構４０による保持部２０の変位などを制御するコンピュータである。
　加工対象物１００は、それぞれ隣接する複数の面により角部１１０が形成されている。本実施形態において、加工対象物１００は、２つの面のいずれか一方がすくい面、他方が逃げ面として形成された切削工具であり、光透過性を有していない超硬合金をその材料とするものである。
　また、加工対象物１００としては、角部１１０に光透過性の高い材料によるコーティング層１２０が形成されたものも用いられる。具体的な例として、コーティング層１２０として光透過性を有するダイヤモンド被膜が用いられる。なお、この例では、加工対象物１００の材料である超硬合金が光透過性を有していないため、ダイヤモンド被膜で形成されたコーティング層１２０は角部１１０そのものよりも光透過性が高い。
　そして、この加工対象物１００は、角部１１０をレーザの照射領域２００側に向けた位置関係で設置されることにより、角部１００のなす面が光軸２１０に対して傾斜した状態となる。
　このような構成のレーザ加工装置１では、角部１１０のなす面方向に沿って光軸が延びるようにレーザを照射させ、このレーザを変位させることによって、角部１１０に加工面を形成することができる。
（２）制御部６０による処理手順
　以下に、制御部６０が内蔵メモリ６１に格納されたプログラムにより実行する「厚さ検出処理」の手順を図４に基づいて説明する。この厚さ検出処理は、コーティング層１２０の形成された加工対象物１００を保持部２０に保持させて位置決めした後に実行させるものであり、図示されないインタフェース（操作装置または通信装置）からの起動指令を受けた際に起動される。
　この加工処理が起動されると、まず、内蔵メモリ６１にあらかじめ格納されている設定情報が読み出される（ｓ１１０）。この設定情報は、事前にユーザが設定した情報であって、照射部１０により照射されるレーザの出力Ｐ０［ｗ］と、保持部２０に設置された加工対象物１００の材料特性に応じた加工しきい値Ｐｔｈ［ｗ］と、光軸２１０を規定した座標情報と、からなる。ここで、レーザの出力レベルＰ０は、厚さ検出のために、加工しきい値Ｐｔｈより小さくなるような値（Ｐ０＜Ｐｔｈ）が設定されている。
　次に、照射部１０によるレーザの照射が開始される（ｓ１２０）。ここでは、制御部６０からの指示を受けた照射部１０がレーザの照射を開始する。
　次に、照射部１０の照射するレーザの光軸２１０側への加工対象物１００の変位が開始される（ｓ１３０）。ここでは、保持部２０が光軸２１０に向けて変位するように保持部変位機構４０への制御指令がなされ、これを受けた保持部変位機構４０が、光軸２１０側への加工対象物１００の変位を開始する。こうして、加工対象物１００は、単位時間ごとにあらかじめ定められた単位距離ずつ変位するようになる。
　次に、検知部５０により検知される光強度の監視が開始される（ｓ１４０）。ここでは、単位距離の変位で到達する地点ごとに検知される光強度を取得するとともに、その記録が行われる。なお、本実施形態では、検知部５０として採用されたラインセンサの受光素子それぞれから出力される光強度（Ｗ）を合計した値または平均化した値をもって、その地点における光強度として検知されるように構成されている。
　次に、本厚さ検出処理の終了条件が充足されているか否かがチェックされる（ｓ１５０）。ここでは、例えば、光強度が一定距離（例えば、単位距離の数倍となる距離）にわたって終了条件として定められた終了しきい値以下となった、加工対象物１００の先端が終了条件として定められた終了位置（例えば光軸２１０の位置）にまで到達した、ことをもって終了条件が充足したと判定される。
　次に、本厚さ検出処理の終了条件が充足するまで待機状態となり（ｓ１５０：ＮＯ）、その間に単位距離の変位で到達する地点ごとの光強度の推移が記録される。
　ここで、レーザの光軸２１０に対して加工対象物１００が接近する過程では、加工対象物１００が、図５に示すように、レーザの照射領域２００が角部１１０に形成されたコーティング層１２０の表面に到達する第１地点（図５（Ａ））、照射領域２００がコーティング層１２０と重なる第２地点（図５（Ｂ））、および、照射領域２００が加工対象物１００本体の表面に到達する第３地点（図５（Ｃ））をそれぞれ経ることになる。
　これら３つの地点のうち、まず、第１地点では、コーティング層１２０の表面を回り込んだ回折光などが照射領域２００の外側にまで到達するものの、コーティング層１２０が光透過性を有しているため、光の強度（第１強度）は後述する第３地点よりも小さくなる（図６における（Ａ）参照）。続いて、第２地点では、コーティング層１２０を光が透過しやすくなり、回折光も発生しにくくなるため、照射領域２００の外側にまで到達する光の強度（第２強度）は第１地点と比べても小さくなる（図６における（Ｂ）参照）。そして、第３地点では、加工対象物１００本体の表面を回り込んだ回折光が、照射領域２００の外側にまで到達することとなり、加工対象物１００本体が光を透過しにくいだけに、照射領域２００の外側にまで到達する光の強度（第３強度）はいずれの地点よりも大きくなる（図６における（Ｃ）参照）。
　つまり、光軸２１０と加工対象物１００とが接近する過程において、第１強度、第２強度および第３強度が順に検知された場合、第１強度となった地点（第１地点）と第３強度となった地点（第３地点）との間における加工対象物１００の変位距離が、コーティング層１２０の厚さとなる。
　なお、加工対象物１００が上述した第３地点を越えて変位した場合、レーザの照射領域２００が加工対象物１００に大きく遮られることから、照射領域２００の外側にまで到達する光の強度は、上述したいずれの地点よりも小さい値まで低下する（図６における（Ｃ）よりも右側の領域）。本実施形態では、このような小さい値を「終了しきい値」としている。
　その後、終了条件が充足されたら（ｓ１５０：ＹＥＳ）、ここまでに記録された光強度の推移に基づいてコーティング層１２０の厚さが検出される（ｓ１６０）。ここでは、光強度の推移として、所定の第１強度、第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、第１強度より大きい第３強度が順に検知されている場合に、第１強度および第３強度それぞれの検知された地点間において加工対象物１００が変位した距離を、角部１１０に施されたコーティング層１２０の厚さとして検出する。
　なお、このステップでは、光強度の推移として第１強度、第２強度および第３強度が順に検知されない場合、エラー処理として、コーティング層１２０が形成された加工対象物１００ではない、コーティング層１２０に異常が生じているなどといったことの報知が、図示されないインタフェース（表示装置または通信装置）経由で実施される。
　こうしてｓ１６０の後、本厚さ検出処理が終了する。
　なお、上述したｓ１３０が本発明における変位制御手段、変位制御手順であり、ｓ１４０が本発明における検知手順であり、ｓ１６０が本発明における検出手段、検出手順である。
（３）変形例
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
　例えば、上記実施形態では、保持部２０を変位させることで光軸２１０と加工対象物１００とを接近させるように構成されたものを例示した。しかし、本発明としては、光軸２１０に対して加工対象物１００を相対的に接近させることができればよく、照射部１０を変位させるように構成してもよい。この場合、照射領域２００に対する検知部５０の位置関係が固定されるよう、検知部５０と照射部１０とを連動して変位させるようにするとよい。
　また、上記実施形態では、レーザ加工装置１に検知部５０を設け、制御部６０が厚さ検出処理を実行するように構成することで、レーザ加工装置１に厚さ検出の機能が一体化されたものを例示した。しかし、この機能は、レーザ加工装置１などの装置に一体化されている必要はなく、例えば、照射部１０、保持部変位機構４０、検知部５０の他、厚さ検出処理を実行する制御部６０を独立して備えた装置として構成してもよい。
　また、上記実施形態では、光軸２１０と加工対象物１００とを両者が離れた状態から接近させ、その過程における光強度に基づいてコーティング層１２０の厚さを検出するように構成されたものを例示した。しかし、上記実施形態は、光軸２１０と加工対象物１００とが近接または重なった状態から離していき、その過程における光強度に基づいてコーティング層１２０の厚さを検出するように構成してもよい。この場合、光軸２１０と加工対象物１００とが離れる過程で、加工対象物１００が第３地点（図５（Ｃ））、第２地点（図５（Ｂ））および第１地点（図５（Ａ））、を経て、第３強度、第２強度および第１強度が順に検出された場合に、第１強度となった地点（第１地点）と第３強度となった地点（第３地点）との間における加工対象物１００の変位距離を、コーティング層１２０の厚さとして検出するようにすればよい。
（４）作用効果
　上記実施形態では、光軸２１０と加工対象物１００とが接近する過程において、第１強度、第２強度および第３強度が順に検知された場合、第１強度となった地点（第１地点）と第３強度となった地点（第３地点）との間における相対的な変位距離が、コーティング層１２０の厚さとなる。上記実施形態では、このような光の強度の推移、および、加工対象物１００の相対的な変位距離に基づき、コーティング層１２０の厚さを検出することができる。
　そして、上記実施形態では、このような光の強度の推移および加工対象物１００の相対的な変位距離を、レーザ加工装置１の有する機能に基づいて特定することができるため、そのための測定装置に加工対象物をセットし直すことなく、コーティング層１２０の厚さを確認することができる結果、実際の加工までの作業を簡略化することができる。
　本発明のレーザ加工装置、厚さ検出方法および厚さ検出装置は、角部にコーティング層が形成された加工対象物について、そのコーティング層の厚さを検出する用途で用いることができる。
　１…レーザ加工装置、１０…照射部、１１…発振器、１３…振動調整器、１４…偏光素子、１５…アッテネータ（ＡＴＴ）、１７…ビームエキスパンダー（ＥＸＰ）、１９…光学レンズ、２０…保持部、３０…照射部変位機構、３１…機構本体、３３…駆動部、４０…保持部変位機構、４１…機構本体、４３…駆動部、５０…検知部、６０…制御部、６１…メモリ、１００…加工対象物、１１０…角部、１２０…コーティング層、２００…照射領域、２１０…光軸。

Claims (4)

  1. 　所定方向に光軸が延びるように照射されたレーザに対し、それぞれ隣接する複数の面により角部が形成され、かつ、前記角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、前記角部を前記レーザ側に向けて相対的に変位させることで、前記レーザによって前記角部を加工するように構成されたレーザ加工装置であって、
    　前記レーザに対して前記加工対象物を前記光軸と交差する方向に沿って相対的に変位させるためのアクチュエータを、前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れるよう制御する変位制御手段と、
    　前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置に設けられ、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知部と、
    　前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知部により、所定の第１強度、前記第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記角部に施されたコーティング層の厚さとして検出する検出手段と、を備える、
    　レーザ加工装置。
  2. 　前記検知部は、前記光軸に沿って延びる空間を加工対象物で２分した場合における前記照射部と反対側の領域のうち、前記光軸と交差する平面視で少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側の位置に設けられている、
    　請求項１に記載のレーザ加工装置。
  3. 　所定方向に光軸が延びるように照射されるレーザの光軸に対し、それぞれ隣接する複数の面により角部が形成され、かつ、前記角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、前記角部を前記レーザ側に向けた状態で相対的に接近させるまたは離す変位制御手順と、
    　前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置で、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知手順と、
    　前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知手順により、所定の第１強度、前記第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記角部に施されたコーティング層の厚さとして検出する検出手順と、を備える、
    　厚さ検出方法。
  4. 　所定方向に光軸が延びるようにレーザを照射する照射部と、
    　前記レーザに対し、それぞれ隣接する複数の面により角部が形成され、かつ、前記角部に光透過性を有する材料によるコーティング層が形成された加工対象物を、前記角部を前記レーザ側に向けた状態で、前記光軸と交差する方向に沿って相対的に変位させるアクチュエータと、
    　前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れるよう前記アクチュエータを制御する変位制御手段と、
    　前記光軸と交差する平面視で、少なくとも前記レーザにおいて筒状に延びる照射領域の外側となる位置に設けられ、この位置にまで到達する光の強度を検知する検知部と、
    　前記光軸に対して前記加工対象物が相対的に接近するまたは離れる過程で、前記検知部により、所定の第１強度、前記第１強度よりも所定のしきい値以上小さい第２強度、および、前記第１強度より大きい第３強度が順に検知された場合に、前記第１強度および前記第３強度それぞれの検知された地点間において前記加工対象物が相対的に変位した距離を、前記角部に施されたコーティング層の厚さとして検出する検出手段と、を備える、
    　厚さ検出装置。
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