JP3922686B2

JP3922686B2 - Laser quenching control method and laser quenching apparatus

Info

Publication number: JP3922686B2
Application number: JP2001379381A
Authority: JP
Inventors: 恒彦山崎; 直臣宮川; 利彦井上; 俊彦浅利; 勝松村
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003183726A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を送り方向と交差する方向に揺動させることにより所定幅の焼入れをワークに対して行うことの出来るレーザ焼入れに係わり、特に、焼入れ部位の温度を一定に制御することの出来るレーザ焼入れ制御方法及びレーザ焼入れ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、レーザ光を送り方向と交差する方向に揺動させることにより所定幅の焼入れをワークに対して行うことの出来るレーザ焼入れ方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この方法では、任意の幅でワークに対して焼入れを行うことが出来るが、焼入れを行うレーザ光のワークに対する移動速度は、常に変化することになる。従って、単に一定出力のレーザ光をワークに照射するだけでは、レーザ光のワーク対する相対速度が低下する位置では、ワークの焼入れ部位における単位面積当たりの照射エネルギが高くなりすぎて、ワークが溶融してしまい、逆に、レーザ光のワーク対する相対速度が上昇する位置では、単位面積当たりの照射エネルギが低くなりすぎて、ワークの温度が所定の焼入れ温度にまで上昇せず、焼きが入らない不都合が生じる。従って、レーザ光のワークに対する照射エネルギ量をレーザ光の振幅に合わせて適切に制御しなければ、適切な焼入れ動作を行うことは出来ない。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑み、レーザ光の振幅に合わせて、レーザ光のワークに対する照射エネルギ量を適切に制御し、適切な焼入れ動作を行うことの出来る、レーザ焼入れ制御方法及びレーザ焼入れ装置を提供とすることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ワークを送りながら該ワークの送り方向と交差する方向にレーザ光を所定の振幅で振動させる形でワークに照射することにより前記レーザ光の振動１周期の軌跡により焼入れサイクルを形成し、該焼入れサイクルを複数サイクル実行することにより、前記ワークに対する焼入れを行うレーザ焼入れにおいて、
前記各焼入れサイクルを所定のサンプリング時間で分割し、各時点で、前記ワークの焼入れ部位の温度を検出して、当該検出された温度と所定の焼入れ温度との偏差に基づいて、前記焼入れ部位の温度を焼入れプログラムで予め指定された指定焼入れ温度にするようにするためのレーザ発振器の目標レーザ出力を求め、
前記レーザ発振器の制御に要する遅れ時間を考慮して、前記焼入れ部位の温度を検出した各焼入れサイクルの、少なくとも１サイクル後の各サイクルで、前記サンプリング位置と同一の位相位置において、前記レーザ発振器の出力が前記目標レーザ出力となるように調整し、
前記レーザ光の、前記各焼入れサイクルにおけるワークに対するエネルギ投入密度を、該後の各焼入れサイクル中で均一となるように制御することを特徴として構成される。
【０００６】
請求項２の発明は、レーザ発振器を有し、該レーザ発振器から射出されたレーザ光を導く導光手段を設け、該導光手段に集光レンズを配置し、該集光レンズで前記レーザ光を集光して、ワークの焼入れ部位に照射することにより焼入れを行う、レーザ焼入れ装置において、
前記レーザ光を所定の振幅で振動させるビーム揺動手段を設け、
前記レーザ焼入れ装置は、
ワークを送りながら該ワークの送り方向と交差する方向に前記レーザ光を前記ビーム揺動手段により所定の振幅で振動させる形でワークに照射することにより前記レーザ光の振動１周期の軌跡により焼入れサイクルを形成し、該焼入れサイクルを複数サイクル実行することにより、前記ワークに対する焼入れを行う前記レーザ焼入れ装置であって、
更に前記レーザ焼入れ装置において、
前記ワークの焼入れ部位の温度を検出する温度検出手段（２２）を設け、
前記各焼入れサイクルを所定のサンプリング時間で分割し、各時点で、前記ワークの焼入れ部位の温度を、前記温度検出手段を介して検出して、当該検出された温度と所定の焼入れ温度との偏差（ＤＦ）に基づいて、前記焼入れ部位の温度を焼入れプログラムで予め指定された指定焼入れ温度にするようにするためのレーザ発振器の目標レーザ出力（ＲＯＴ）を求める目標レーザ出力演算手段（３６）を設け、
前記焼入れ部位の温度を検出した各焼入れサイクルの、少なくとも１サイクル後の各サイクルで、前記サンプリング位置と同一の位相位置において、前記レーザ発振器の出力が前記目標レーザ出力となるように、前記レーザ発振器に接続されたレーザ発振器制御部に対して、前記同一の位相位置に到達する所定時間前に、前記レーザ発振器の出力を前記目標レーザ出力となるように指令するレーザ光出力制御手段を設けて構成される。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１及び２の発明は、焼入れサイクル中のある時点（例えば、図４の焼入れサイクルの Cycle ０の時点（１））で、前記ワークの焼入れ部位の温度を検出して、当該検出された温度と所定の焼入れ温度との偏差（ＤＦ）に基づいて、前記焼入れ部位の温度が検出された後の、焼入れサイクル（例えば、図４の焼入れサイクルの Cycle ｍ）において前記レーザ光のレーザ出力を調整するように制御するので、極めて高速な焼入れサイクルを用いても、適切にレーザ出力の調整を行うことが出来、信頼性の高い焼入れ動作を行うことの出来る。
【０００８】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は本発明が適用されるレーザ焼入れ装置の要部を示す概略斜視図、図２はＮＣ装置の要部を示すブロック図、図３はレーザ出力値メモリの内容を示す模式図、図４は、レーザ光の焼入れ軌跡を示す図、図５はレーザ出力値メモリ内の各データブロックの内容を示す模式図、図６（ａ）はレーザ光の軌跡（焼入れサイクル）を示すチャート、（ｂ）は、（ａ）に対応するレーザ光のワークに対する速度示すチャートである。
【００１１】
レーザ焼入れ装置１は、図１に示すように、レーザ発振器２を有しており、レーザ発振器２には、伸縮自在に設けられたダクト３を介して、サドル５が接続している。サドル５は、図示しないコラムなどのガイド手段を介して水平方向であるＹ軸方向に移動駆動自在に設けられており、サドル５には、焼入れヘッド７が設けられ、更に、焼入れヘッド７は、サドル５に固着された上部反射筒６を有している。
【００１２】
上部反射筒６には、第１反射鏡９が設けられており、上部反射筒６には、ダクト１０が、上下方向であるＺ軸方向に伸縮位置決め自在、かつ該Ｚ軸を中心にしてＡ軸方向に回転駆動位置決め自在に設けられている。ダクト１０の、図中下方には、下部反射筒１１が設けられており、下部反射筒１１には、第２反射鏡１２が設けられている。
【００１３】
下部反射筒１１には、ダクト１３が水平方向に伸延する形で設けられており、ダクト１３の先端には、側部反射筒１５が設けられている。側部反射筒１５には、第３反射鏡１６が設けられており、第３反射鏡１６にはミラー揺動装置１７が、第３反射鏡１６を、第２反射鏡１２と第３反射鏡１６の間のレーザ光路１９に垂直な揺動軸ＶＡを中心に矢印Ｄ、Ｅ方向に揺動自在に接続されている。第３反射鏡１６と第２反射鏡１２の間のダクト１３のレーザ光路１９中にはビームスプリッタ２０が設けられており、更に、側部反射筒１５の下部には、集光レンズ２１が側部反射筒１５の下部に装着されたトーチ２４を介して設けられている。
【００１４】
ビームスプリッタ２０には、ピックアップ２２ａを介して赤外線温度計２２が接続されており、赤外線温度計２２には、ＮＣ装置２３が接続されている。ＮＣ装置２３には、
前述の、ミラー揺動装置１７に接続されたミラー制御装置２５が接続されており、更に、ＮＣ装置２３は、焼入れヘッド７を駆動するヘッド駆動装置２６及びレーザ発振器２に接続されている。
【００１５】
ＮＣ装置２３は、図２に示すように、主制御部３０を有しており、主制御部３０にはバス線３１を介してミラー制御装置２５に接続された反射鏡位置演算部３２、ヘッド駆動装置２６に接続されたヘッド駆動制御部３３、赤外線温度計２２に接続された温度偏差演算部３５、目標レーザ出力演算部３６、レーザ出力値メモリ３７、レーザ出力同期制御部３９、レーザ発振器２に接続されたレーザ発振器制御部４０が接続されている。
【００１６】
レーザ焼入れ装置１は、以上のような構成を有するので、ワーク２７に焼入れを行う場合には、図１に示すように、ワーク２７をトーチ２４の下方の、図示しないワークテーブル上に搭載し、その状態で、ＮＣ装置２３を介して、焼入れすべきワーク２７に対応して予め生成された焼入れプログラムに基づいて焼入れ動作を実行する。
【００１７】
まず、ＮＣ装置２３は図示しないテーブルを駆動して、ワーク２７を、Ｙ軸と直交する水平方向であるＸ軸方向に移動駆動させると共に、ヘッド駆動装置２６を駆動して、トーチ２４を含む焼入れヘッド７をＹ軸及びＺ軸方向に移動駆動させ、下部反射筒１１を側部反射筒１５と共に矢印Ａ方向に適宜回転駆動させ、更に側部反射筒１５を矢印Ｂ方向に適宜回転駆動させて、トーチ２４をワーク２７の焼入れを行う部位と対向させる。
【００１８】
次に、ＮＣ装置２３は、レーザ発振器２に対して、所定の出力でのレーザ光２９の発振を指令し、これを受けて、レーザ発振器２はレーザ光２９を射出する。射出されたレーザ光２９は、ダクト３から第１反射鏡９に入射して、該第１反射鏡９により図中下方に向けて反射され、第２反射鏡で水平方向に更に反射されてビームスプリッタ２０を透過して、第３反射鏡１６に入射する。
【００１９】
第３反射鏡に入射したレーザ光２９は、第３反射鏡で図中下方、即ちワーク２７方向に反射され、集光レンズ２１で集光されて、ワーク２７に照射される。ワーク２７は、該レーザ光２９が照射されることにより急激に加熱されて焼入れが行われる。
【００２０】
この際、ワーク２７は、ＮＣ装置２３により駆動される図示しない駆動機構により矢印Ｘ方向に所定の送り速度で送られると共に、ＮＣ装置２３は焼入れプログラムで指示された焼入れ幅Ｗ１に基づいてミラー制御装置２５を介してミラー揺動装置１７を駆動して、第３反射鏡１６を矢印Ｄ、Ｅ方向に振動させる。すると、第３反射鏡１６に入射されたレーザ光２９は、ワーク２７の送り方向である矢印Ｘ軸方向に対して直交する方向（Ｙ軸方向）に幅Ｗ１で振られ、ワーク２７は揺動するレーザ光２９により幅Ｗ１の範囲で所定温度にまで加熱されて焼入れが行われる。なお、ワーク２７のトーチ２４に対する相対移動方向は、説明を簡略化するために、Ｘ軸方向としたが、トーチ２４のワーク２７に対する位置決めに際した制御軸は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直交３制御軸に加えて、Ｚ軸回りの回転軸であるＡ軸、及びＹ軸回りの回転軸であるＢ軸を制御軸としているので、ワーク２７に対して任意の３次元位置決めが可能であり、ワーク２７に対する焼入れ方向は３次元空間の、どのような方向でも良い。
【００２１】
この際、ワーク２７に対する焼入れ部位２７ａに対して適切に焼入れが行われるには、当該焼入れ部位２７ａの温度が正確に測定される必要があるが、焼入れ部位２７ａの温度は、赤外線温度計２２により測定される。赤外線温度計２２が測定する赤外線は、レーザ光２９が現在レーザ光２９を照射している照射部位２７ｂからの反射光２９ａの赤外線成分であり、該反射光２９ａはワーク２７の照射部位２７ｂから集光レンズ２１、第３反射鏡１６を介してビームスプリッタ２０に入射し、該ビームスプリッタ２０で図中上方に反射されて赤外線温度計２２のピックアップ２２ａに入射捕捉されたものである。
【００２２】
赤外線温度計２２は、ピックアップ２２ａにより、現在レーザ光２９が照射されて焼入れが実際に行われている焼入れ部位２７ａの温度をリアルタイムで測定することが出来る。即ち、ピックアップ２２ａに反射光２９ａを分光するビームスプリッタ２０は、レーザ発振器２と、レーザ光２９をワーク２７の焼入れ部位２７ａに対して揺動させるビーム揺動反射鏡である第３反射鏡１６との間の光路上に配置されており、レーザ光２９が揺動する第３反射鏡１６よりも下流の集光レンズ２１側には配置されていないので、ワーク２７からの反射光２９ａは必ず、ワーク２７の焼入れ部位２７ａに対する入射経路と逆の経路を辿って集光レンズ２１から第３反射鏡１６に戻り、ビームスプリッタ２０に入射する。これにより、特別の追随機構を持たなくても、ピックアップ２２ａは、常に焼入れ部位２７ａからの反射光２９ａを捕捉することが出来、正確に当該焼入れ部位２７ａの温度を測定することが出来る。なお、ビームスプリッタ２０の位置は、反射光２９ａの減衰などを考えると、出来るだけビーム揺動反射鏡である第３反射鏡１６側に配置することが望ましい。
【００２３】
また、こうした構造は、トーチ２４が前述の５軸制御により移動駆動されてワーク２７に対して様々な姿勢をとる場合でも適用することが出来、トーチ２４の姿勢がどのような場合でも、赤外線温度計２２は、ビームスプリッタ２０を介して焼入れ部位２７ａの温度を捕捉することが出来る。
【００２４】
赤外線温度計２２が、焼入れ部位２７ａの温度を測定したところで、当該温度が焼入れプログラムで設定された焼入れ温度に達しているか否かを、ＮＣ装置２３が判定し、後述するように、適宜レーザ発振器２の出力を調整して、焼入れ部位２７ａが焼入れプログラムで指定された焼入れ温度になるように適切に制御する。
【００２５】
なお、上述の実施例は、ビームスプリッタ２０が、レーザ発振器２からのレーザ光はそのまま透過して、ワーク２７の焼入れ部位２７ａからの反射光２９ａは反射する形のものを用いたが、ビームスプリッタ２０の反射形式は、どのような反射形式のものを用いてもよい。
【００２６】
また、焼入れ部位２７ａの温度測定手段としては、赤外線温度計２２の他、反射光２９ａの波長から焼入れ部位２７ａの温度を測定することが出来る限り、どのような温度計を用いてもよい。
【００２７】
ワーク２７に対する、レーザ光２９による焼入れ動作は、図４に示すように、幅Ｗ１で行われ、また、レーザ光２９のワーク２７上での軌跡ＴＲは、レーザ光２９が第３反射鏡１６により、ワーク２７の送り方向とは直角な矢印Ｄ、Ｅ方向に揺動駆動されることと、ワーク２７がＸ軸方向に所定の送り速度で送られることから、振幅がＷ１／２の正弦波に近いものとなる。
【００２８】
この際、レーザ光２９の軌跡ＴＲのワーク対する相対速度Ｖ（Ｘ軸方向の送り速度を考慮しない）を示すと、図６（ｂ）に示すようになり、レーザ光２９の速度Ｖは、軌跡ＴＲがその振幅の頂点ＰＫに達したところで、ゼロになり、振幅の中央値ＭＰ付近で最大となる。従って、レーザ発振器２の出力が一定のまま、レーザ光２９が、ワーク２７に照射されたとすると、相対速度Ｖが遅くなる振幅の頂点ＰＫ付近では、ワーク２７に照射投入される単位面積当たりのレーザ光のエネルギ密度が高くなり、相対速度Ｖが早くなる振幅の中央値ＭＰ付近では、ワーク２７に照射投入される単位面積当たりのレーザ光のエネルギ密度が低くなる。これの状態で、レーザ光２９をワーク２７に照射して焼入れ動作を行うと、エネルギ投入密度のばらつきにより、軌跡ＴＲの全長に渡り、焼入れムラが生じる。
【００２９】
そこで、ＮＣ装置２３は、第３反射鏡１６の矢印Ｄ、Ｅ方向の揺動サイクル、即ち、
レーザ光の軌跡ＴＲを、図４に示すように、所定のサンプリング時間ＳＰで分割する。図４に示す例では、軌跡ＴＲの１サイクル（第３反射鏡１６の一往復に要する時間、例えば、１０msにおけるレーザ光のワーク上における軌跡、以後、このサイクルを「焼入れサイクル」と称する）を１０分割し、各時点（１）〜（１０）、即ち１ms毎について、温度偏差演算部３５に赤外線温度計２２により測定されたワーク２７の焼入れ部位２７ａの計測温度ＴＰを取得するように指令する。
【００３０】
なお、レーザ光による焼入れは、この焼入れサイクルが複数サイクル繰り返されると共に、ワーク２７が焼入れサイクルの進行する所定の方向（図４の場合、Ｘ軸方向）に送られることにより、行われる。
【００３１】
温度偏差演算部３５は、赤外線温度計２２から入力された焼入れ部位２７ａの計測温度ＴＰと、焼入れプログラムで予め指定された指定焼入れ温度ＴＤとの偏差ＤＦを演算して、目標レーザ出力演算部３６に出力する。目標レーザ出力演算部３６は、該偏差ＤＦに基づいて、焼入れ部位２７ａを指定焼入れ温度ＴＤにするようにするには、レーザ発振器２の出力をどれくらいにすればよいかを演算して、目標レーザ出力ＲＯＴとして求める。
目標レーザ出力演算部３６は、得られた目標レーザ出力ＲＯＴと、対応する計測温度ＴＰを、温度計測時点を示すデータ（図中（１）〜（１０））と共に、図５（ａ）に示すように、レーザ出力値メモリ３７のデータブロックｎ０の対応するアドレスに格納する。
【００３２】
即ち、時点（１）の計測温度ＴＰとその際の目標レーザ出力ＲＯＴを、アドレスｎ０１に、時点（２）の計測温度ＴＰとその際の目標レーザ出力ＲＯＴを、アドレスｎ０２に、時点（３）の計測温度ＴＰとその際の目標レーザ出力ＲＯＴを、アドレスｎ０３に格納し、以後同様に、時点（１０）の計測温度ＴＰとその際の目標レーザ出力ＲＯＴを、アドレスｎ００に格納して、１サイクル分の焼入れ部位２７ａの計測温度ＴＰと、目標レーザ出力ＲＯＴを格納する。図５（ａ）の場合、各アドレスにおけるｎ０ｋ（ｋ：１〜９、０）の、「温度」と表示された部分に、計測温度ＴＰが格納され、「温度」の右方の括弧数字がサンプリング時点を示す符号であり、更に右方に、目標レーザ出力ＲＯＴが、「６００Ｗ」などと格納される。
【００３３】
これにより、図４の「サイクル０」と表示された第３反射鏡１６の揺動サイクルの一つについて、時点（１）〜（１０）における、各焼入れ部位２７ａの温度と、当該焼入れ部位２７ａを焼入れプログラムで指定された所定の焼入れ温度にするためのレーザ出力が目標レーザ出力ＲＯＴとして演算され、格納される。
【００３４】
ＮＣ装置２３は、こうして格納された「サイクル０」についての各焼入れ部位２７ａの温度と、当該焼入れ部位２７ａを焼入れプログラムで指定された所定の焼入れ温度にするための目標レーザ出力ＲＯＴに基づいて、レーザ発振器２の出力を目標レーザ出力ＲＯＴに調整することにより、当該焼入れ部位２７ａを焼入れプログラムで指定された所定の焼入れ温度にすることができ、適正な焼入れ動作をワーク２７に対して行うことが可能となるが、演算された目標レーザ出力ＲＯＴにレーザ発振器２を制御するには所定の遅れ時間を必要とし、更に、ある焼入れ部位２７ａでの計測温度ＴＰと目標レーザ出力ＲＯＴが演算されるまでの間に、第３反射鏡１６は矢印Ｄ，Ｅ方向に揺動駆動されてしまうので、
目標レーザ出力ＲＯＴが演算された後、直ちにレーザ発振器２の出力を調整しても、当該目標レーザ出力ＲＯＴに調整されたレーザ光２９は、当該目標レーザ出力ＲＯＴが演算された焼入れ部位２７ａに照射されることはなく、ずれた位置に照射されることとなる。
【００３５】
これでは、適正な焼入れ動作を行うことは不可能であることから、主制御部３０は、
レーザ出力同期制御部３９に対して、当該ある時点で採取された計測温度ＴＰに対応する目標レーザ出力ＲＯＴを、第３反射鏡１６の揺動サイクル、即ち焼入れサイクルの、少なくとも１サイクル後のサイクルにおいて、同一の位相位置、即ち、同一のサンプリング時点において実行するように制御する。
【００３６】
具体的には、主制御部３０は、レーザ出力同期制御部３９に、図４における「Cycle 0」おいて、取得された計測温度ＴＰ及び該計測温度ＴＰに対応する目標レーザ出力ＲＯＴに基づくレーザ発振器２の出力制御を、ｍサイクル（ｍ：１以上の整数）後の焼入れサイクル、即ち、図４における「Cycle m」において、実行する。この際、「Cycle 0」における各時点（１）〜（１０）で得られた目標レーザ出力ＲＯＴは、対応する「Cycle m」における各時点（１‘）〜（１０’）で発生するようにレーザ発振器２を、制御する。この際レーザ出力同期制御部３９は、レーザ発振器２の制御に要する遅れ時間を考慮してレーザ発振器２を制御することが出来るので、正確にmサイクル後の、同位相の焼入れ部位で、レーザ発振器２の出力は、目標レーザ出力ＲＯＴに調整制御され、当該焼入れ部位２７ａは、焼入れプログラムで指定した焼入れ温度に近い温度にまで正確に加熱され、適正な焼入れ動作が行われる。
【００３７】
なお、Cycle 0からCycle mまでの間の焼入れサイクルにおいては、主制御部３０は、
続くCycle 1、Cycle ２、……Cycle m-1において、前述と同様に１msに１０分割された時点（１）〜（１０）において、当該時点の焼入れ部位２７ａの計測温度ＴＰと目標レーザ出力ＲＯＴを演算して、レーザ出力値メモリ３７の対応するデータブロックのアドレスに格納する。
【００３８】
例えば、Cycle 0 に続くCycle １における、各時点（１）〜（１０）の、計測温度ＴＰと目標レーザ出力ＲＯＴは、図５（ｂ）に示すデータブロックｎ１のアドレスｎ１ｋ（ｋ：１〜９、０）にそれぞれ格納され、Cycle m の直前のCycle m-１における、各時点（１）〜（１０）の、計測温度ＴＰと目標レーザ出力ＲＯＴは、図５（c）に示すデータブロックｎ(m-1)のアドレスｎ(m-1)ｋ（ｋ：１〜９、０）にそれぞれ格納される。
【００３９】
レーザ出力値メモリ３７における、それらデータブロックの格納態様は、模式的に示すと、図３に示すように、データブロックｎ０からデータブロックｎ（ｍ−１）までのｍ個のデータブロックが、環状に接続配置された態様となっており、それらｍ個のデータブロックに対する、計測温度ＴＰ及び目標レーザ出力ＲＯＴの格納が完了すると、レーザ出力同期制御部３９は、次のｍ＋１個目のデータブロック、即ち、Cycle 0のデータが格納されたデータブロックｎ０のデータを一括して読み出し、図５（ｄ）に示すように、適宜なバッファメモリ中に格納する。
【００４０】
レーザ出力同期制御部３９は、Cycle mを実行するにあたり、焼入れサイクルが、各時点（１‘）〜（１０’）に到達する所定時間前に、図５（ｄ）に示すバッファメモリから、対応する時点の目標レーザ出力ＲＯＴを読み出し、レーザ発振器制御部４０に対して、当該時点でレーザ出力が目標レーザ出力ＲＯＴとなるように指令する。これを受けてレーザ発振器制御部４０は、レーザ発振器２のレーザ出力を、当該時点で目標レーザ出力ＲＯＴとなるように制御する。
【００４１】
即ち、レーザ出力同期制御部３９は、例えば、時点（１）で得られた目標レーザ出力ＲＯＴである、６００Ｗを、焼入れサイクルがCycle mの、時点（１）と同位相の時点（１‘）に到達する所定時間前、例えば５ms前に、レーザ発振器制御部４０に、レーザ発振器２の出力を６００Ｗにするように指令し、レーザ発振器制御部４０は、直ちにレーザ発振器２の出力を６００Ｗにする指令をレーザ発振器２に対して行う。これにより、所定時間後の時点（１’）で、６００Ｗのレーザ光がワーク２７の焼入れ部位２７ａに照射され、当該部位は焼入れプログラムで指定された所定の焼入れ温度に、Cycle 0の時点よりも近づく形で加熱され、焼入れ動作が行われる。
【００４２】
Cycle mでは、引き続き、時点（２‘）、（３’）、……（９‘）、（１０’）にレーザ光２９が到達する所定時間前に、Cycle 0の時点（２）、（３）、……（９）、（１０）の対応する目標レーザ出力ＲＯＴが読み出され、レーザ出力ＲＯＴが目標レーザ出力ＲＯＴとなるように制御されるので、Cycle mは、そのすべてのサンプリング時点において、プログラムで指定された所定の焼入れ温度に、Cycle 0の時点よりも近づく形で加熱され、焼入れ動作が行われる。
【００４３】
なお、Cycle mの焼入れサイクルの実行時には、前述のように、Cycle mについて、新たに、各サンプリング時点（２‘）、（３’）、……（９‘）、（１０’）での、焼入れ部位２７ａの温度測定と目標レーザ出力ＲＯＴの演算が行われ、その結果は、レーザ出力値メモリ３７の、Cycle mの焼入れサイクルの実行に際して一括して読み出されたデータブロックｎ０に、図５（ａ）に示すように、新たに格納される。
【００４４】
こうして、以後実行される焼入れサイクルは、過去のｍサイクル前の焼入れサイクルで得られた焼入れ部位２７ａの計測温度ＴＰと当該計測温度ＴＰに対応した目標レーザ出力ＲＯＴに基づいてそのレーザ出力が制御され、さらに、その制御された状態での焼入れサイクルも、温度計測されて、対応する目標レーザ出力ＲＯＴが演算されて、次のｍサイクル後の焼入れサイクルに反映されるので、焼入れサイクルを繰り返す度に、各焼入れサイクルにおける焼入れ部位２７ａの焼入れ温度は、焼入れプログラムで指定された焼入れ温度に限りなく近づいて行く形で制御される。
【００４５】
なお、各データブロックにける、各時点の目標レーザ出力ＲＯＴからも明らかであるが、図６（ａ）に示すように、焼入れサイクルのレーザ光の振幅の両端部は、同図（ｂ）に示すように、レーザ光２９の移動速度がゼロに近くなり、ワーク２７の単位面積当たりのエネルギ投入密度が高くなるので、図５の各データブロックの時点（１）、（５）、（６）、（１０）に示すように、レーザ出力を最も絞って、ワーク２７の焼入れ部位２７ａに過度のエネルギが投入されてワーク２７が溶融するような事態を防止する。
【００４６】
また、焼入れサイクルのレーザ光の振幅の中央部は、図６（ｂ）に示すように、レーザ光２９の移動速度が徐々に高くなって、振幅が０の位置付近で最大となり、その後徐々に低下する。従って、そのワーク２７の単位面積当たりのエネルギ投入密度は、徐々に低くなって振幅が０の位置で最小となり、その後徐々に上昇する。
【００４７】
従って、図５の各データブロックの時点（２）、（３）、（４）、（７）、（８）、（９）に示すように、時点（１）、（６）から、振幅０の地点に近づくにつれてレーザ出力を上昇させ、振幅０をピークにして、時点（５）、（１０）に向けて下降させるように、レーザ出力を調整することにより、ワーク２７の焼入れ部位２７ａは、その全てのレーザ光の振幅、即ち焼入れサイクルに渡り、均一にエネルギが投入され、ワーク２７に対する焼入れは焼入れプログラムで指定された焼入れ温度に、その焼入れサイクルの全てにおいて維持されるように制御される。
【００４８】
なお、上述の実施例は、目標レーザ出力演算部３６で、検出された焼入れ部位２７ａの計測温度ＴＰに基づいて、焼入れプログラムなどで指示された所定の焼入れ温度となるように目標レーザ出力ＲＯＴを演算し、当該演算された目標レーザ出力ＲＯＴに基づいて、すくなくとも１サイクル後の焼入れサイクルの対応する焼入れ部位２７ａにおいて、レーザ発振器２のレーザ出力を目標レーザ出力ＲＯＴとなるように制御して、焼入れ部位２７ａの温度を所定の焼入れ温度となるように制御した場合について述べた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明が適用されるレーザ焼入れ装置の要部を示す概略斜視図である。
【図２】図２はＮＣ装置の要部を示すブロック図である。
【図３】図３はレーザ出力値メモリの内容を示す模式図である。
【図４】図４は、レーザ光の焼入れ軌跡を示す図である。
【図５】図５はレーザ出力値メモリ内の各データブロックの内容を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）はレーザ光の軌跡（焼入れサイクル）を示すチャート、（ｂ）は、（ａ）に対応するレーザ光のワークに対する速度示すチャートである。
【符号の説明】
１……レーザ焼入れ装置
２……レーザ発振器
３、１０、１３……導光手段（ダクト）
９……導光手段（第１反射鏡）
１２……導光手段（第２反射鏡）
１６……導光手段、ビーム揺動手段（第３反射鏡）
１７……ビーム揺動手段（ミラー揺動装置）
２１……集光レンズ
２２……温度検出手段（赤外線温度計）
２５……ビーム揺動手段（ミラー制御装置）
２７……ワーク
２７ａ……焼入れ部位
２９……レーザ光
３６……目標レーザ出力演算手段（目標レーザ出力演算部）
ＲＯＴ……目標レーザ出力[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
    The present invention relates to laser quenching in which quenching of a predetermined width can be performed on a workpiece by oscillating laser light in a direction crossing the feeding direction, and in particular, the temperature of the quenching site can be controlled to be constant. The present invention relates to a laser quenching control method and a laser quenching apparatus.
[0002]
[Prior art]
    Recently, there has been proposed a laser quenching method capable of quenching a workpiece with a predetermined width by swinging a laser beam in a direction crossing a feeding direction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
    In this method, the workpiece can be quenched with an arbitrary width, but the moving speed of the laser beam to be quenched with respect to the workpiece always changes. Therefore, simply irradiating the workpiece with a laser beam with a constant output, the irradiation energy per unit area at the quenching part of the workpiece becomes too high at the position where the relative speed of the laser beam to the workpiece decreases, causing the workpiece to melt. On the other hand, at the position where the relative speed of the laser beam to the workpiece increases, the irradiation energy per unit area becomes too low, the workpiece temperature does not rise to the predetermined quenching temperature, and the burning does not occur. Occurs. Therefore, an appropriate quenching operation cannot be performed unless the amount of laser beam irradiation energy is appropriately controlled in accordance with the amplitude of the laser beam.
[0004]
    In view of the above circumstances, the present invention provides a laser quenching control method and a laser quenching apparatus capable of appropriately controlling the irradiation energy amount of a laser beam on a workpiece in accordance with the amplitude of the laser beam and performing an appropriate quenching operation. It is intended to be.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
    The invention of claim 1In a direction crossing the feeding direction of the workpiece while feeding itBy irradiating the workpiece with a laser beam that vibrates with a predetermined amplitude,One period of vibrationIn the laser quenching that quenches the workpiece by forming a quenching cycle by the trajectory and performing the quenching cycle a plurality of cycles,
    SaideachThe quenching cycle is divided by a predetermined sampling time, and at each time point, the temperature of the quenching part of the workpiece is detected, and the temperature of the quenching part is determined based on a deviation between the detected temperature and the predetermined quenching temperature. Find the target laser output of the laser oscillator to achieve the specified quenching temperature specified in advance by the quenching program,
    The temperature of the quenching part was detected in consideration of the delay time required for controlling the laser oscillator.eachAt least one cycle after the quenching cycleeachIn a cycle, at the same phase position as the sampling position, adjust the output of the laser oscillator to be the target laser output,
    Of the laser beameachThe energy input density for the workpiece in the quenching cycle iseachIt is characterized by being controlled to be uniform during the quenching cycle.
[0006]
    According to a second aspect of the present invention, a laser oscillator is provided, light guide means for guiding the laser light emitted from the laser oscillator is provided, a condensing lens is disposed on the light guide means, and the laser light is provided by the condensing lens. In a laser quenching apparatus that performs quenching by focusing and irradiating the quenching part of the workpiece,
    A beam swinging means for vibrating the laser beam with a predetermined amplitude;
    The laser hardening device
    In a direction crossing the feeding direction of the workpiece while feeding itBy irradiating the workpiece with the laser beam oscillated at a predetermined amplitude by the beam swinging means,One period of vibrationA laser quenching apparatus that performs quenching on the workpiece by forming a quenching cycle with a trajectory and performing the quenching cycle a plurality of cycles,
    Furthermore, in the laser hardening apparatus,
    Temperature detecting means (22) for detecting the temperature of the hardened part of the workpiece is provided;
    SaideachThe quenching cycle is divided by a predetermined sampling time, and at each time point, the temperature of the quenching part of the workpiece is detected via the temperature detecting means, and a deviation (DF) between the detected temperature and the predetermined quenching temperature is detected. ), A target laser output calculation means (36) for obtaining a target laser output (ROT) of a laser oscillator for setting the temperature of the quenching part to a specified quenching temperature specified in advance by a quenching program,
    The temperature of the quenching part was detectedeachAt least one cycle after the quenching cycleeachIn the cycle, the same phase position is reached with respect to the laser oscillator controller connected to the laser oscillator so that the output of the laser oscillator becomes the target laser output at the same phase position as the sampling position. The laser light output control means for commanding the output of the laser oscillator to be the target laser output is provided before a predetermined time.
[0007]
【The invention's effect】
    The inventions of claims 1 and 2 may be used at a certain point in the quenching cycle (for example, the quenching cycle of FIG. Cycle At time 0 (1)), the temperature of the quenching part of the workpiece was detected, and the temperature of the quenching part was detected based on the deviation (DF) between the detected temperature and a predetermined quenching temperature. A later quenching cycle (eg, the quenching cycle of FIG. Cycle m), the laser output of the laser beam is controlled so as to be adjusted, so that the laser output can be appropriately adjusted even with an extremely fast quenching cycle, and a highly reliable quenching operation can be performed. I can do it.
[0008]
    Note that the numbers in parentheses are for the sake of convenience indicating the corresponding elements in the drawings, and therefore the present description is not limited to the descriptions on the drawings.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
    Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0010]
    1 is a schematic perspective view showing the main part of a laser hardening apparatus to which the present invention is applied, FIG. 2 is a block diagram showing the main part of the NC apparatus, FIG. 3 is a schematic diagram showing the contents of a laser output value memory, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a laser beam quenching locus, FIG. 5 is a schematic diagram showing the contents of each data block in the laser output value memory, FIG. 6A is a chart showing a laser beam locus (quenching cycle), and FIG. ) Indicates the speed of the laser beam corresponding to (a) with respect to the workpiece.It is a chart.
[0011]
    As shown in FIG. 1, the laser quenching apparatus 1 has a laser oscillator 2, and a saddle 5 is connected to the laser oscillator 2 via a duct 3 that is extendable. The saddle 5 is provided so as to be movable and movable in the Y-axis direction, which is the horizontal direction, through guide means such as a column (not shown). The saddle 5 is provided with a quenching head 7. An upper reflecting cylinder 6 fixed to the saddle 5 is provided.
[0012]
    The upper reflecting cylinder 6 is provided with a first reflecting mirror 9, and the duct 10 has a duct 10 that can be extended and contracted in the Z-axis direction, which is the vertical direction, and that is centered on the Z-axis. It is provided so as to be capable of rotational drive positioning in the axial direction. A lower reflecting cylinder 11 is provided below the duct 10 in the figure, and a second reflecting mirror 12 is provided in the lower reflecting cylinder 11.
[0013]
    The lower reflecting cylinder 11 is provided with a duct 13 extending in the horizontal direction, and a side reflecting cylinder 15 is provided at the tip of the duct 13. The side reflecting tube 15 is provided with a third reflecting mirror 16. The third reflecting mirror 16 includes a mirror oscillating device 17, the third reflecting mirror 16, and the second reflecting mirror 12 and the third reflecting mirror. 16 is connected so as to be swingable in the directions of arrows D and E around a swing axis VA perpendicular to the laser beam path 19 between 16. A beam splitter 20 is provided in the laser light path 19 of the duct 13 between the third reflecting mirror 16 and the second reflecting mirror 12, and a condenser lens 21 is disposed on the lower side of the side reflecting tube 15. It is provided via a torch 24 attached to the lower part of the partial reflection cylinder 15.
[0014]
    An infrared thermometer 22 is connected to the beam splitter 20 via a pickup 22 a, and an NC device 23 is connected to the infrared thermometer 22. The NC device 23 includes
The aforementioned mirror control device 25 connected to the mirror rocking device 17 is connected, and the NC device 23 is connected to the head driving device 26 and the laser oscillator 2 for driving the quenching head 7.
[0015]
    As shown in FIG. 2, the NC device 23 has a main control unit 30. The main control unit 30 includes a reflector position calculation unit 32 connected to the mirror control device 25 via a bus line 31, a head. Head drive control unit 33 connected to the drive device 26, temperature deviation calculation unit 35 connected to the infrared thermometer 22, target laser output calculation unit 36, laser output value memory 37, laser output synchronization control unit 39, laser oscillator 2 The laser oscillator control unit 40 connected to is connected.
[0016]
    Since the laser quenching apparatus 1 has the above-described configuration, when quenching the workpiece 27, the workpiece 27 is mounted on a work table (not shown) below the torch 24, as shown in FIG. In this state, a quenching operation is executed through the NC device 23 based on a quenching program generated in advance corresponding to the workpiece 27 to be quenched.
[0017]
    First, the NC device 23 drives a table (not shown) to move and drive the work 27 in the X-axis direction, which is a horizontal direction orthogonal to the Y-axis, and also drives the head drive device 26 to quench the hard disk including the torch 24. The head 7 is driven to move in the Y-axis and Z-axis directions, the lower reflecting cylinder 11 is appropriately rotated in the direction of the arrow A together with the side reflecting cylinder 15, and the side reflecting cylinder 15 is further appropriately rotated in the direction of the arrow B. The torch 24 is opposed to the part where the workpiece 27 is quenched.
[0018]
    Next, the NC device 23 instructs the laser oscillator 2 to oscillate the laser beam 29 with a predetermined output, and in response to this, the laser oscillator 2 emits the laser beam 29. The emitted laser light 29 enters the first reflecting mirror 9 from the duct 3, is reflected downward by the first reflecting mirror 9, and further reflected in the horizontal direction by the second reflecting mirror 9. The light passes through the splitter 20 and enters the third reflecting mirror 16.
[0019]
    The laser beam 29 incident on the third reflecting mirror is reflected by the third reflecting mirror downward in the drawing, that is, toward the work 27, is collected by the condenser lens 21, and is irradiated onto the work 27. The work 27 is rapidly heated and quenched by being irradiated with the laser beam 29.
[0020]
    At this time, the workpiece 27 is fed at a predetermined feed speed in the direction of arrow X by a drive mechanism (not shown) driven by the NC device 23, and the NC device 23 performs mirror control based on the quenching width W1 designated by the quenching program. The mirror swinging device 17 is driven via the device 25 to vibrate the third reflecting mirror 16 in the directions of arrows D and E. Then, the laser light 29 incident on the third reflecting mirror 16 is swung with a width W1 in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the arrow X-axis direction, which is the feed direction of the work 27, and the work 27 is swung. The laser beam 29 is heated to a predetermined temperature in the range of the width W1 and quenched. The relative movement direction of the work 27 with respect to the torch 24 is set to the X-axis direction in order to simplify the explanation. However, the control axis for positioning the torch 24 with respect to the work 27 is 3 orthogonal to the X, Y, and Z axes. In addition to the control axis, the A axis that is the rotation axis around the Z axis and the B axis that is the rotation axis around the Y axis are the control axes, so arbitrary three-dimensional positioning with respect to the workpiece 27 is possible. The hardening direction for the work 27 may be any direction in the three-dimensional space.
[0021]
    At this time, in order to appropriately quench the quenching portion 27a with respect to the work 27, it is necessary to accurately measure the temperature of the quenching portion 27a. The temperature of the quenching portion 27a is measured by the infrared thermometer 22. Measured. The infrared light measured by the infrared thermometer 22 is an infrared component of the reflected light 29a from the irradiation part 27b where the laser light 29 is currently irradiating the laser light 29. The reflected light 29a is collected from the irradiation part 27b of the work 27. The light is incident on the beam splitter 20 through the optical lens 21 and the third reflecting mirror 16, reflected upward in the figure by the beam splitter 20, and incident and captured by the pickup 22 a of the infrared thermometer 22.
[0022]
    The infrared thermometer 22 can measure, in real time, the temperature of the quenching part 27a where the laser beam 29 is currently irradiated and quenching is actually performed by the pickup 22a. That is, the beam splitter 20 that splits the reflected light 29a on the pickup 22a includes the laser oscillator 2 and the third reflecting mirror 16 that is a beam swing reflecting mirror that swings the laser light 29 with respect to the quenching portion 27a of the work 27. Since the laser beam 29 is not disposed on the condenser lens 21 side downstream of the third reflecting mirror 16 where the laser beam 29 oscillates, the reflected light 29a from the work 27 is always Following the path opposite to the incident path with respect to the quenching part 27 a of the work 27, the light returns from the condenser lens 21 to the third reflecting mirror 16 and enters the beam splitter 20. Thereby, even if it does not have a special follow-up mechanism, the pickup 22a can always capture the reflected light 29a from the quenching part 27a, and can accurately measure the temperature of the quenching part 27a. Note that the position of the beam splitter 20 is desirably arranged on the third reflecting mirror 16 side which is a beam swing reflecting mirror as much as possible in consideration of the attenuation of the reflected light 29a.
[0023]
    Such a structure can be applied even when the torch 24 is driven to move by the above-described 5-axis control and takes various postures with respect to the work 27. The total 22 can capture the temperature of the quenching part 27 a via the beam splitter 20.
[0024]
    When the infrared thermometer 22 measures the temperature of the quenching part 27a, the NC device 23 determines whether or not the temperature has reached the quenching temperature set by the quenching program, and as will be described later, an appropriate laser oscillator 2 is adjusted to appropriately control the quenching portion 27a to have the quenching temperature specified by the quenching program.
[0025]
    In the above-described embodiment, the beam splitter 20 is used such that the laser beam from the laser oscillator 2 is transmitted as it is and the reflected light 29a from the quenching portion 27a of the work 27 is reflected. As the reflection type 20, any reflection type may be used.
[0026]
    In addition to the infrared thermometer 22, any thermometer may be used as the temperature measurement means for the quenching part 27 a as long as the temperature of the quenching part 27 a can be measured from the wavelength of the reflected light 29 a.
[0027]
    As shown in FIG. 4, the quenching operation with respect to the workpiece 27 by the laser beam 29 is performed with a width W1, and the trajectory TR of the laser beam 29 on the workpiece 27 is determined by the third reflecting mirror 16. Since the workpiece 27 is driven to swing in the directions of arrows D and E perpendicular to the feeding direction of the workpiece 27 and the workpiece 27 is fed at a predetermined feeding speed in the X-axis direction, a sine wave with an amplitude of W1 / 2 is obtained. It will be close.
[0028]
    At this time, the relative speed V of the trajectory TR of the laser beam 29 with respect to the workpiece (not considering the feed speed in the X-axis direction) is as shown in FIG. 6B, and the speed V of the laser beam 29 is When TR reaches the peak PK of the amplitude, it becomes zero and becomes maximum near the median value MP of the amplitude. Therefore, assuming that the laser beam 29 is irradiated onto the work 27 while the output of the laser oscillator 2 remains constant, the laser per unit area irradiated to the work 27 is irradiated in the vicinity of the apex PK having an amplitude at which the relative speed V becomes slow. In the vicinity of the median value MP of the amplitude at which the light energy density increases and the relative speed V increases, the energy density of the laser light per unit area irradiated on the work 27 decreases. In this state, when the workpiece 27 is irradiated with the laser beam 29 to perform a quenching operation, unevenness in quenching occurs over the entire length of the trajectory TR due to variations in energy input density.
[0029]
    Therefore, the NC device 23 swings the third reflecting mirror 16 in the directions of arrows D and E, that is,
The laser beam trajectory TR is divided by a predetermined sampling time SP as shown in FIG. In the example shown in FIG. 4, one cycle of the trajectory TR (the time required for one reciprocation of the third reflecting mirror 16, for example, the trajectory of the laser beam on the workpiece at 10 ms, hereinafter this cycle is referred to as “quenching cycle”). Divide into 10 parts, and for each time point (1) to (10), that is, every 1 ms, command the temperature deviation calculating unit 35 to acquire the measured temperature TP of the quenching part 27a of the work 27 measured by the infrared thermometer 22. .
[0030]
    In addition, quenching by laser light is performed by repeating this quenching cycle a plurality of cycles and sending the workpiece 27 in a predetermined direction (X-axis direction in the case of FIG. 4) in which the quenching cycle proceeds.
[0031]
    The temperature deviation calculation unit 35 calculates a deviation DF between the measured temperature TP of the quenching part 27a input from the infrared thermometer 22 and the specified quenching temperature TD specified in advance by the quenching program, and the target laser output calculation unit 36 Output to. Based on the deviation DF, the target laser output calculation unit 36 calculates how much the output of the laser oscillator 2 should be set in order to bring the quenching portion 27a to the specified quenching temperature TD. Obtained as output ROT.
The target laser output calculation unit 36 shows the obtained target laser output ROT and the corresponding measured temperature TP together with the data ((1) to (10) in the figure) indicating the temperature measurement point in FIG. Thus, the data is stored in the corresponding address of the data block n0 of the laser output value memory 37.
[0032]
    That is, the measured temperature TP at the time point (1) and the target laser output ROT at that time are set to the address n01, the measured temperature TP at the time point (2) and the target laser output ROT at that time are set to the address n02, and the time point (3). The measured temperature TP and the target laser output ROT at that time are stored at address n03. Similarly, the measured temperature TP at the time point (10) and the target laser output ROT at that time are stored at address n00, and 1 The measured temperature TP of the quenching part 27a for the cycle and the target laser output ROT are stored. In the case of FIG. 5 (a), the measured temperature TP is stored in the part of n0k (k: 1 to 9, 0) where “temperature” is displayed at each address, and the right side of “temperature”.bracketsThe numeral is a code indicating the sampling time, and the target laser output ROT is stored as “600 W” on the right side.
[0033]
    Thereby, with respect to one of the swinging cycles of the third reflecting mirror 16 indicated as “cycle 0” in FIG. 4, the temperature of each quenching part 27a and the quenching part 27a at the time points (1) to (10). Is calculated as a target laser output ROT and stored as a target laser output ROT to obtain a predetermined quenching temperature designated by the quenching program.
[0034]
    The NC device 23, based on the temperature of each quenching part 27a for the "cycle 0" stored in this way and the target laser output ROT for setting the quenching part 27a to a predetermined quenching temperature specified by the quenching program, By adjusting the output of the laser oscillator 2 to the target laser output ROT, the quenching portion 27a can be set to a predetermined quenching temperature specified by the quenching program, and an appropriate quenching operation can be performed on the workpiece 27. Although it becomes possible, a predetermined delay time is required to control the laser oscillator 2 to the calculated target laser output ROT, and until the measured temperature TP and the target laser output ROT at a certain quenching site 27a are calculated. In the meantime, the third reflecting mirror 16 is driven to swing in the directions of arrows D and E.
Even if the output of the laser oscillator 2 is adjusted immediately after the target laser output ROT is calculated, the laser beam 29 adjusted to the target laser output ROT is irradiated to the quenching site 27a where the target laser output ROT is calculated. This is not performed, and the position shifted is irradiated.
[0035]
    Since it is impossible to perform an appropriate quenching operation, the main control unit 30
A target laser output ROT corresponding to the measured temperature TP collected at a certain point of time with respect to the laser output synchronization control unit 39 is set to a cycle at least one cycle after the oscillation cycle of the third reflecting mirror 16, that is, the quenching cycle. Are controlled to be executed at the same phase position, that is, at the same sampling time.
[0036]
    Specifically, the main control unit 30 sends the laser output synchronization control unit 39 a laser based on the acquired measured temperature TP and the target laser output ROT corresponding to the measured temperature TP in “Cycle 0” in FIG. The output control of the oscillator 2 is executed in a quenching cycle after m cycles (m: an integer of 1 or more), that is, “Cycle m” in FIG. At this time, the target laser output ROT obtained at each time point (1) to (10) in “Cycle 0” is generated at each time point (1 ′) to (10 ′) in the corresponding “Cycle m”. The laser oscillator 2 is controlled. At this time, the laser output synchronization control unit 39 can control the laser oscillator 2 in consideration of the delay time required for the control of the laser oscillator 2, so that the laser oscillator can be accurately used at the quenching portion in the same phase after m cycles. The output of 2 is adjusted and controlled to the target laser output ROT, and the quenching portion 27a is accurately heated to a temperature close to the quenching temperature specified by the quenching program, and an appropriate quenching operation is performed.
[0037]
    In the quenching cycle from Cycle 0 to Cycle m, the main control unit 30
In the following Cycle 1, Cycle 2,... Cycle m-1, at the time points (1) to (10) divided into 1 ms by 10 as described above, the measured temperature TP and the target laser output ROT of the quenching part 27a at that time point. Is stored in the address of the corresponding data block in the laser output value memory 37.
[0038]
    For example, the measured temperature TP and the target laser output ROT at each time point (1) to (10) in Cycle 1 following Cycle 0 are the addresses n1k (k: 1 to 9) of the data block n1 shown in FIG. , 0) and the measured temperature TP and the target laser output ROT at each time point (1) to (10) in Cycle m-1 immediately before Cycle m are the data block n shown in FIG. It is stored in address n (m-1) k (k: 1 to 9, 0) of (m-1).
[0039]
    The storage mode of these data blocks in the laser output value memory 37 is schematically shown in FIG. 3, in which m data blocks from the data block n0 to the data block n (m−1) are circular. When the storage of the measured temperature TP and the target laser output ROT for the m data blocks is completed, the laser output synchronization control unit 39 sets the next m + 1th data block, That is, the data of the data block n0 in which the data of Cycle 0 is stored is read at once and stored in an appropriate buffer memory as shown in FIG.
[0040]
    When executing Cycle m, the laser output synchronization control unit 39 responds from the buffer memory shown in FIG. 5 (d) before the quenching cycle reaches a predetermined time before reaching each time point (1 ′) to (10 ′). The target laser output ROT at the time of the reading is read out, and the laser oscillator control unit 40 is commanded so that the laser output becomes the target laser output ROT at the time. In response to this, the laser oscillator control unit 40 controls the laser output of the laser oscillator 2 so as to become the target laser output ROT at that time.
[0041]
    That is, the laser output synchronization control unit 39, for example, 600 W, which is the target laser output ROT obtained at the time (1), at the time (1 ′) in phase with the time (1) when the quenching cycle is Cycle m. The laser oscillator control unit 40 is instructed to set the output of the laser oscillator 2 to 600 W, for example, 5 ms before reaching a predetermined time, and the laser oscillator control unit 40 immediately sets the output of the laser oscillator 2 to 600 W. Commands are given to the laser oscillator 2. As a result, at a time point (1 ′) after a predetermined time, the laser beam of 600 W is irradiated onto the quenching part 27a of the work 27, and the part reaches a predetermined quenching temperature specified by the quenching program, compared to the time point of Cycle 0. It is heated as it approaches, and a quenching operation is performed.
[0042]
    In Cycle m, the time (2), (3) of Cycle 0 is continued before the predetermined time before the laser beam 29 reaches the time (2 ′), (3 ′),... (9 ′), (10 ′). ),... (9), (10), the corresponding target laser output ROT is read out, and the laser output ROT is controlled to become the target laser output ROT. Then, it is heated to a predetermined quenching temperature specified by the program closer to the cycle 0, and a quenching operation is performed.
[0043]
    In addition, at the time of executing the Cycle m quenching cycle, as described above, Cycle m is newly added at each sampling time point (2 ′), (3 ′),... (9 ′), (10 ′). The temperature measurement of the quenching part 27a and the calculation of the target laser output ROT are performed, and the result is stored in the data block n0 of the laser output value memory 37, which is collectively read when executing the Cycle m quenching cycle, as shown in FIG. As shown in (a), it is newly stored.
[0044]
    Thus, in the quenching cycle to be executed thereafter, the laser output is controlled based on the measured temperature TP of the quenching part 27a obtained in the quenching cycle before the past m cycles and the target laser output ROT corresponding to the measured temperature TP. Furthermore, since the temperature of the quenching cycle in the controlled state is also measured and the corresponding target laser output ROT is calculated and reflected in the quenching cycle after the next m cycles, each time the quenching cycle is repeated. The quenching temperature of the quenching part 27a in each quenching cycle is controlled so as to approach the quenching temperature specified by the quenching program as much as possible.
[0045]
    As apparent from the target laser output ROT at each time point in each data block, as shown in FIG. 6A, both ends of the amplitude of the laser light in the quenching cycle are shown in FIG. As shown, since the moving speed of the laser beam 29 is close to zero and the energy input density per unit area of the work 27 is increased, the time points (1), (5), (6) of each data block in FIG. (10) As shown in (10), the laser output is minimized to prevent a situation in which excessive energy is input to the quenching portion 27a of the work 27 and the work 27 is melted.
[0046]
    Further, as shown in FIG. 6B, the central portion of the amplitude of the laser light in the quenching cycle gradually increases as the moving speed of the laser light 29 becomes maximum near the position where the amplitude is 0, and then gradually. descend. Therefore, the energy input density per unit area of the work 27 is gradually decreased and becomes minimum at a position where the amplitude is 0, and then gradually increases.
[0047]
    Therefore, as shown in the time points (2), (3), (4), (7), (8), and (9) of each data block in FIG. 5, the amplitude 0 from the time points (1) and (6). By adjusting the laser output so as to increase the laser output as it approaches the point, and decrease the amplitude to the point of time (5), (10) with the amplitude 0 as a peak, The energy of all the laser beams, ie, the quenching cycle, is uniformly energized, and the quenching of the workpiece 27 is controlled to be maintained at the quenching temperature specified in the quenching program in all of the quenching cycles. .
[0048]
    In the above-described embodiment, the target laser output calculation unit 36 sets the target laser output ROT so that the predetermined quenching temperature instructed by the quenching program or the like is based on the detected temperature TP of the quenching site 27a. Based on the calculated target laser output ROT, quenching is performed by controlling the laser output of the laser oscillator 2 to be the target laser output ROT at the quenching portion 27a corresponding to the quenching cycle after at least one cycle. The temperature of the part 27a was controlled to be a predetermined quenching temperature.Said about the case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a main part of a laser hardening apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the NC device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the contents of a laser output value memory.
FIG. 4 is a diagram illustrating a quenching locus of laser light.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the contents of each data block in a laser output value memory.
FIG. 6A is a chart showing the locus (quenching cycle) of the laser beam, and FIG. 6B shows the speed of the laser beam corresponding to (a) with respect to the workpiece.It is a chart.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser quenching equipment
2 ... Laser oscillator
3, 10, 13 ... Light guiding means (duct)
9 …… Light guiding means (first reflector)
12 ... Light guiding means (second reflecting mirror)
16: Light guiding means, beam swing means (third reflecting mirror)
17 …… Beam oscillating means (mirror oscillating device)
21 …… Condensing lens
22 …… TemperaturedetectionMeans (infrared thermometer)
25 …… Beam oscillation means (mirror control device)
27 …… Work
27a ...... Hardening part
29 …… Laser beam
36 …… Target laser output calculation means (target laser output calculation unit)
ROT …… Target laser output

Claims

By irradiating the workpiece with a laser beam oscillating with a predetermined amplitude in a direction intersecting the workpiece feeding direction while feeding the workpiece, a quenching cycle is formed by a locus of one cycle of the laser beam, and the quenching cycle In laser quenching that quenches the workpiece by executing a plurality of cycles,
Each quenching cycle is divided by a predetermined sampling time, and at each time point, the temperature of the quenching part of the workpiece is detected, and based on the deviation between the detected temperature and the predetermined quenching temperature, the quenching part of the quenching part is detected. Obtain the target laser output of the laser oscillator to bring the temperature to the specified quenching temperature specified in advance by the quenching program,
In consideration of the delay time required for control of the laser oscillator, at each phase after at least one cycle of each quenching cycle in which the temperature of the quenching site is detected, at the same phase position as the sampling position, the laser oscillator Adjust the output of the laser oscillator so that the output becomes the target laser output,
The laser beam, the energy charge density relative to the workpiece in each of the quenching cycle, and controls so that uniform in the rear of the quenching cycle, laser hardening control method.

A light guide means for guiding the laser light emitted from the laser oscillator; a condensing lens disposed on the light guide means; In the laser quenching apparatus that performs quenching by irradiating the quenching site of
A beam swinging means for vibrating the laser beam with a predetermined amplitude;
The laser hardening device
By irradiating the workpiece with the laser beam oscillating at a predetermined amplitude by the beam oscillating means while feeding the workpiece, the quenching cycle is performed according to the locus of one cycle of the laser beam. The laser quenching apparatus that quenches the workpiece by performing a plurality of cycles of the quenching cycle,
Furthermore, in the laser hardening apparatus,
A temperature detecting means for detecting the temperature of the hardened part of the workpiece is provided;
Each of the quenching cycles is divided by a predetermined sampling time, and at each time point, the temperature of the hardened part of the workpiece is detected via the temperature detecting means, and the deviation between the detected temperature and the predetermined quenching temperature A target laser output calculating means for obtaining a target laser output of a laser oscillator for setting the temperature of the quenching part to a specified quenching temperature specified in advance by a quenching program,
The laser oscillator so that the output of the laser oscillator becomes the target laser output at the same phase position as the sampling position in each cycle after at least one cycle of each quenching cycle in which the temperature of the quenching site is detected. A laser light output control means is provided for instructing the laser oscillator control unit connected to the laser output to be the target laser output before a predetermined time before reaching the same phase position. Laser hardening device.