JP3922686B2

JP3922686B2 - レーザ焼入れ制御方法及びレーザ焼入れ装置

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

Claims

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前記レーザ発振器の出力を調整し、
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する、レーザ焼入れ制御方法。
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る目標レーザ出力演算手段を設け、
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した、レーザ焼入れ装置。