JP2001038485A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents
レーザ加工方法及びその装置Info
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- JP2001038485A JP2001038485A JP11210763A JP21076399A JP2001038485A JP 2001038485 A JP2001038485 A JP 2001038485A JP 11210763 A JP11210763 A JP 11210763A JP 21076399 A JP21076399 A JP 21076399A JP 2001038485 A JP2001038485 A JP 2001038485A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピアス加工時の時間短縮と安定化を図る。
【解決手段】 レーザビームＬＢを曲率可変ミラー５で
反射させレーザ加工ヘッド７内の集光レンズ９で集光せ
しめてワークＷにピアス加工と切断加工を行う際、ピア
ス加工時は、曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率をワー
クＷの板厚に応じて予め設定したピアス加工設定曲率値
ＰＳに変更するだけで、アシストガスの圧力に関わらず
にレーザビームの焦点位置が切断加工時のビーム焦点長
さＬｆSに対して長くする方向のピアス加工に最適な位
置にすばやく変更される。しかも、この焦点位置の変更
と同時にレーザビームＬＢのスポット径ｄLの大きさが
小さく変更されるので、パワー密度が上がることにな
り、ワークの溶融速度がアップする。
反射させレーザ加工ヘッド７内の集光レンズ９で集光せ
しめてワークＷにピアス加工と切断加工を行う際、ピア
ス加工時は、曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率をワー
クＷの板厚に応じて予め設定したピアス加工設定曲率値
ＰＳに変更するだけで、アシストガスの圧力に関わらず
にレーザビームの焦点位置が切断加工時のビーム焦点長
さＬｆSに対して長くする方向のピアス加工に最適な位
置にすばやく変更される。しかも、この焦点位置の変更
と同時にレーザビームＬＢのスポット径ｄLの大きさが
小さく変更されるので、パワー密度が上がることにな
り、ワークの溶融速度がアップする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法及
びその装置に関する。
びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本来、レーザ加工において被加工材であ
るワークの板厚方向と焦点位置の関係は重要であるが、
切断加工時とピアス加工時におけるその最適値は異なる
ものである。
るワークの板厚方向と焦点位置の関係は重要であるが、
切断加工時とピアス加工時におけるその最適値は異なる
ものである。
【０００３】ピアス加工時に要求されるものは安定性と
時間である。要するに、速くワークの下面までピアス穴
が貫通すれば良いのであるので、より高いパワー密度の
レーザビームを効率よくワークに照射することが求めら
れる。レーザ発振器を高出力化したり、パルスピークを
高くしたりすることはその一例である。
時間である。要するに、速くワークの下面までピアス穴
が貫通すれば良いのであるので、より高いパワー密度の
レーザビームを効率よくワークに照射することが求めら
れる。レーザ発振器を高出力化したり、パルスピークを
高くしたりすることはその一例である。
【０００４】なお、鉄材のレーザ加工には酸素がアシス
トガスとして用いられている。この場合、レーザ出力は
出力指令によって一定であるが周波数やデューティー比
は段階的に上昇変化するのが一般的である。また、アシ
ストガスの圧力は一定であり、レンズ焦点位置は一定で
ある。
トガスとして用いられている。この場合、レーザ出力は
出力指令によって一定であるが周波数やデューティー比
は段階的に上昇変化するのが一般的である。また、アシ
ストガスの圧力は一定であり、レンズ焦点位置は一定で
ある。
【０００５】また、ピアス加工時にはワークとレーザビ
ームの焦点との位置関係も重要である。ワークが鉄材の
ＳＳ材の場合では板厚が大きくなるほどピアス加工時間
が長くなり、そのバラツキは広がるが、その原因の一つ
に焦点位置が切断加工用に設定された位置に合わせてい
ることにある。
ームの焦点との位置関係も重要である。ワークが鉄材の
ＳＳ材の場合では板厚が大きくなるほどピアス加工時間
が長くなり、そのバラツキは広がるが、その原因の一つ
に焦点位置が切断加工用に設定された位置に合わせてい
ることにある。
【０００６】特に、ＳＳ材の板厚が９ｍｍ以上の場合、
切断加工時には焦点位置がワーク表面に対して上方へ離
れた位置にあるので、この状態でのピアス加工時のビー
ムエネルギーは分散しているものと考えられる。
切断加工時には焦点位置がワーク表面に対して上方へ離
れた位置にあるので、この状態でのピアス加工時のビー
ムエネルギーは分散しているものと考えられる。
【０００７】したがって、ピアス加工時の焦点位置がワ
ーク表面もしくはワーク中まで下げられることにより、
より効率良くビームエネルギーをワークに伝えることが
可能となる。そこで、ワークに対するレーザビームの焦
点位置を変化させるために、集光レンズの位置はメカ的
にワークに対して相対的に移動させている。
ーク表面もしくはワーク中まで下げられることにより、
より効率良くビームエネルギーをワークに伝えることが
可能となる。そこで、ワークに対するレーザビームの焦
点位置を変化させるために、集光レンズの位置はメカ的
にワークに対して相対的に移動させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際にはアシ
ストガスの圧力の影響が大きいので、ピアス加工から切
断加工への移行時に集光レンズを移動することは不可能
ではないが難しいものであり、また、集光レンズの動作
時間を多く必要とするという問題点があった。
ストガスの圧力の影響が大きいので、ピアス加工から切
断加工への移行時に集光レンズを移動することは不可能
ではないが難しいものであり、また、集光レンズの動作
時間を多く必要とするという問題点があった。
【０００９】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、ピアス加工時の時間短縮と安
定化を図り得るレーザ加工方法及びその装置を提供する
ことにある。
れたもので、その目的は、ピアス加工時の時間短縮と安
定化を図り得るレーザ加工方法及びその装置を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１によるこの発明のレーザ加工方法は、レーザ
ビームを曲率可変ミラーで反射させレーザ加工ヘッド内
の集光レンズで集光せしめてワークにピアス加工と切断
加工を行う際、ピアス加工時は、切断加工時のビーム焦
点長さに対して長くする方向に変化せしめるべく前記曲
率可変ミラーの反射面の曲率をワークの加工条件に応じ
てピアス加工曲率値に変更することを特徴とするもので
ある。
に請求項１によるこの発明のレーザ加工方法は、レーザ
ビームを曲率可変ミラーで反射させレーザ加工ヘッド内
の集光レンズで集光せしめてワークにピアス加工と切断
加工を行う際、ピアス加工時は、切断加工時のビーム焦
点長さに対して長くする方向に変化せしめるべく前記曲
率可変ミラーの反射面の曲率をワークの加工条件に応じ
てピアス加工曲率値に変更することを特徴とするもので
ある。
【００１１】したがって、ピアス加工時には曲率可変ミ
ラーの反射面の曲率が切断加工曲率値より凸面側のピア
ス加工曲率値に変更されるだけで、アシストガスの圧力
に関わらずにレーザビームの焦点位置がすばやく変更さ
れる。しかも、この焦点位置の変更と同時にレーザビー
ムのスポット径の大きさが小さく変更されるので、パワ
ー密度が上がることになり、ワークの溶融速度がアップ
するためにより一層ピアス加工に適する状態になる。そ
の結果として、レーザ加工中の集光レンズのメカ的な焦
点制御よりも高速にしかもアシストガスの圧力に影響を
受けることなく確実に、変更され、ピアス加工時間は短
縮されピアス加工のバラツキも減少し安定する。
ラーの反射面の曲率が切断加工曲率値より凸面側のピア
ス加工曲率値に変更されるだけで、アシストガスの圧力
に関わらずにレーザビームの焦点位置がすばやく変更さ
れる。しかも、この焦点位置の変更と同時にレーザビー
ムのスポット径の大きさが小さく変更されるので、パワ
ー密度が上がることになり、ワークの溶融速度がアップ
するためにより一層ピアス加工に適する状態になる。そ
の結果として、レーザ加工中の集光レンズのメカ的な焦
点制御よりも高速にしかもアシストガスの圧力に影響を
受けることなく確実に、変更され、ピアス加工時間は短
縮されピアス加工のバラツキも減少し安定する。
【００１２】請求項２によるこの発明のレーザ加工装置
は、レーザビームをレーザ加工ヘッド内の集光レンズに
入射すべく反射せしめる反射面を備えると共にこの反射
面の曲率を自在に変更調整する曲率可変ミラーを設け、
ピアス加工時と切断加工時に前記曲率可変ミラーの反射
面の曲率をワークの加工条件に応じて変更する指令を与
え、特にピアス加工時は切断加工時のビーム焦点長さに
対して長くする方向に変化せしめるべく前記反射面の曲
率をピアス加工曲率値に変更する指令を与える制御装置
を設けてなることを特徴とするものである。
は、レーザビームをレーザ加工ヘッド内の集光レンズに
入射すべく反射せしめる反射面を備えると共にこの反射
面の曲率を自在に変更調整する曲率可変ミラーを設け、
ピアス加工時と切断加工時に前記曲率可変ミラーの反射
面の曲率をワークの加工条件に応じて変更する指令を与
え、特にピアス加工時は切断加工時のビーム焦点長さに
対して長くする方向に変化せしめるべく前記反射面の曲
率をピアス加工曲率値に変更する指令を与える制御装置
を設けてなることを特徴とするものである。
【００１３】したがって、請求項１記載の作用と同様で
あり、ピアス加工時には曲率可変ミラーの反射面の曲率
が切断加工曲率値より凸面側のピアス加工曲率値に変更
されるだけで、アシストガスの圧力に関わらずにレーザ
ビームの焦点位置がすばやく変更される。しかも、この
焦点位置の変更と同時にレーザビームのスポット径の大
きさが小さく変更されるので、パワー密度が上がること
になり、ワークの溶融速度がアップするためにより一層
ピアス加工に適する状態になる。その結果として、レー
ザ加工中の集光レンズのメカ的な焦点制御よりも高速に
しかもアシストガスの圧力に影響を受けることなく変更
され、ピアス加工時間は短縮されピアス加工のバラツキ
も減少し安定する。
あり、ピアス加工時には曲率可変ミラーの反射面の曲率
が切断加工曲率値より凸面側のピアス加工曲率値に変更
されるだけで、アシストガスの圧力に関わらずにレーザ
ビームの焦点位置がすばやく変更される。しかも、この
焦点位置の変更と同時にレーザビームのスポット径の大
きさが小さく変更されるので、パワー密度が上がること
になり、ワークの溶融速度がアップするためにより一層
ピアス加工に適する状態になる。その結果として、レー
ザ加工中の集光レンズのメカ的な焦点制御よりも高速に
しかもアシストガスの圧力に影響を受けることなく変更
され、ピアス加工時間は短縮されピアス加工のバラツキ
も減少し安定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工方法及
びその装置の実施の形態について、図面を参照して説明
する。
びその装置の実施の形態について、図面を参照して説明
する。
【００１５】図１を参照するに、本実施の形態に係わる
レーザ加工装置１は、加工装置本体に内蔵されているレ
ーザ発振器３から発振されたレーザビームＬＢが光制御
装置としての曲率可変ミラー５を経てレーザ加工ヘッド
７の内部に設けられた集光レンズ９に導かれる。この集
光レンズ９で集光されたレーザビームＬＢは、レーザ加
工ヘッド７の先端に設けられた加工ノズル１１を通過し
てワークＷに照射される。例えば数値制御のワーク移送
位置決め装置で移送位置決めされたワークＷのレーザ加
工点に、レーザビームＬＢの焦点を結ばせて、所望の形
状に切断するなどのレーザ加工が行なわれる。
レーザ加工装置１は、加工装置本体に内蔵されているレ
ーザ発振器３から発振されたレーザビームＬＢが光制御
装置としての曲率可変ミラー５を経てレーザ加工ヘッド
７の内部に設けられた集光レンズ９に導かれる。この集
光レンズ９で集光されたレーザビームＬＢは、レーザ加
工ヘッド７の先端に設けられた加工ノズル１１を通過し
てワークＷに照射される。例えば数値制御のワーク移送
位置決め装置で移送位置決めされたワークＷのレーザ加
工点に、レーザビームＬＢの焦点を結ばせて、所望の形
状に切断するなどのレーザ加工が行なわれる。
【００１６】レーザ加工ヘッド７は前記加工装置本体に
設けられた加工ヘッド移動装置としての例えば加工ヘッ
ド用駆動モータ１３により回転駆動されるボールねじ１
５を介して昇降自在に換言すれば加工ノズル１１をワー
クＷに接離するように移動自在に設けられている。
設けられた加工ヘッド移動装置としての例えば加工ヘッ
ド用駆動モータ１３により回転駆動されるボールねじ１
５を介して昇降自在に換言すれば加工ノズル１１をワー
クＷに接離するように移動自在に設けられている。
【００１７】さらに、集光レンズ９はレーザ加工ヘッド
７に設けられた集光レンズ移動装置としての例えば集光
レンズ用駆動モータ１７により回転駆動されるボールね
じ１９を介してレーザ加工ヘッド７の内部で上下動自在
に設けられている。なお、加工ヘッド用駆動モータ１３
及び集光レンズ用駆動モータ１７はそれぞれ、図２に示
されている制御装置２１に電気的に接続されている。
７に設けられた集光レンズ移動装置としての例えば集光
レンズ用駆動モータ１７により回転駆動されるボールね
じ１９を介してレーザ加工ヘッド７の内部で上下動自在
に設けられている。なお、加工ヘッド用駆動モータ１３
及び集光レンズ用駆動モータ１７はそれぞれ、図２に示
されている制御装置２１に電気的に接続されている。
【００１８】一般的にレーザビームＬＢには発散角があ
るために、一様なビーム径で進行するのではなく図１に
示されているように徐々に広がっていくものである。そ
のためにレーザ加工点におけるレーザビームＬＢのスポ
ット径はレーザ発振器３から集光レンズ９までの距離の
違いにより変化することになる。
るために、一様なビーム径で進行するのではなく図１に
示されているように徐々に広がっていくものである。そ
のためにレーザ加工点におけるレーザビームＬＢのスポ
ット径はレーザ発振器３から集光レンズ９までの距離の
違いにより変化することになる。
【００１９】集光レンズ９により集光されるレーザビー
ムＬＢのスポット径は、集光レンズ９に入射するレーザ
ビームＬＢのビーム径の大きさに左右されるものであ
り、集光レンズ９におけるレーザビームＬＢの焦点長さ
は集光レンズ９自体の焦点距離に対して入射するレーザ
ビームＬＢの発散角の影響が付加されるものである。つ
まり、入射するレーザビームＬＢのビーム径とレーザ発
振器３から集光レンズ９までの距離が異なるとスポット
径と焦点長さは変化する。
ムＬＢのスポット径は、集光レンズ９に入射するレーザ
ビームＬＢのビーム径の大きさに左右されるものであ
り、集光レンズ９におけるレーザビームＬＢの焦点長さ
は集光レンズ９自体の焦点距離に対して入射するレーザ
ビームＬＢの発散角の影響が付加されるものである。つ
まり、入射するレーザビームＬＢのビーム径とレーザ発
振器３から集光レンズ９までの距離が異なるとスポット
径と焦点長さは変化する。
【００２０】一般的に、集光レンズ９を透過後のレーザ
ービームＬＢの焦点位置（焦点長さｆ）は、集光レンズ
９の焦点距離ｆ0とレーザービームＬＢの光伝搬波面の
曲率Ｒ(z)との関係式、つまりｆ＝ｆ0＋（ｆ0）2／Ｒ
(z)に基づいて変化する。
ービームＬＢの焦点位置（焦点長さｆ）は、集光レンズ
９の焦点距離ｆ0とレーザービームＬＢの光伝搬波面の
曲率Ｒ(z)との関係式、つまりｆ＝ｆ0＋（ｆ0）2／Ｒ
(z)に基づいて変化する。
【００２１】また、集光レンズ９に入射するビーム径Ｄ
の大きさとスポット径ｄの関係は、ｄ＝１．２７λＭ2
ｆ／Ｄで表されるので、ビーム径Ｄが大きくなればスポ
ット径ｄが小さくなる。したがって、レーザ出力が同じ
レーザ発振器３もしくは加工条件でもパワー密度に変化
をつけることが可能である。
の大きさとスポット径ｄの関係は、ｄ＝１．２７λＭ2
ｆ／Ｄで表されるので、ビーム径Ｄが大きくなればスポ
ット径ｄが小さくなる。したがって、レーザ出力が同じ
レーザ発振器３もしくは加工条件でもパワー密度に変化
をつけることが可能である。
【００２２】したがって、集光レンズ９に入射するレー
ザビームＬＢのビーム径ＤLが大きい場合は図１の実線
で示されているように長い焦点長さＬｆLで小さいスポ
ット径ｄLが得られるが、この同じ集光レンズ９に入射
するビーム径ＤSが小さい場合は図１の点線で示されて
いるように短い焦点長さＬｆSで大きいスポット径ｄSが
得られる。
ザビームＬＢのビーム径ＤLが大きい場合は図１の実線
で示されているように長い焦点長さＬｆLで小さいスポ
ット径ｄLが得られるが、この同じ集光レンズ９に入射
するビーム径ＤSが小さい場合は図１の点線で示されて
いるように短い焦点長さＬｆSで大きいスポット径ｄSが
得られる。
【００２３】本発明のレーザ加工では光制御装置により
集光レンズ９に入射するレーザビームＬＢのビーム径Ｄ
を自在に変更調整することによりワークＷの材質及び板
厚とその加工方法の違いに応じてレーザビームＬＢの焦
点長さとスポット径を切断加工時とピアス加工時に適し
た大きさに変更調整するものである。
集光レンズ９に入射するレーザビームＬＢのビーム径Ｄ
を自在に変更調整することによりワークＷの材質及び板
厚とその加工方法の違いに応じてレーザビームＬＢの焦
点長さとスポット径を切断加工時とピアス加工時に適し
た大きさに変更調整するものである。
【００２４】なお、光制御装置とはワークＷの材質、板
厚、加工方法に適するレーザ加工点におけるスポット径
ｄ（ｄLやｄSなどの）および焦点長さｆ（ＬｆLやＬｆS
などの）を得るために、レーザ加工ヘッド７内の集光レ
ンズ９に入射するレーザビームＬＢのビーム径Ｄ（ＤL
やＤSなどの）を変化させる装置である。
厚、加工方法に適するレーザ加工点におけるスポット径
ｄ（ｄLやｄSなどの）および焦点長さｆ（ＬｆLやＬｆS
などの）を得るために、レーザ加工ヘッド７内の集光レ
ンズ９に入射するレーザビームＬＢのビーム径Ｄ（ＤL
やＤSなどの）を変化させる装置である。
【００２５】光制御装置として用いられている曲率可変
ミラー５は、三角ブロックやデルタマウントなどの図示
せざるミラー固定ブラケットに装着されており、図１に
示されているようにレーザ発振器３の側からのレーザビ
ームＬＢを集光レンズ９の方向へ反射するもので、反射
面Ｍの曲率を自在に変更調整可能に設けられている。
ミラー５は、三角ブロックやデルタマウントなどの図示
せざるミラー固定ブラケットに装着されており、図１に
示されているようにレーザ発振器３の側からのレーザビ
ームＬＢを集光レンズ９の方向へ反射するもので、反射
面Ｍの曲率を自在に変更調整可能に設けられている。
【００２６】図２を参照するに、本実施の形態では、ミ
ラー２３は反射面Ｍに該当する底面が薄肉の円筒形状
で、しかも厚みが内側、外側に関係なくほぼ一定をなし
ており、前記反射面Ｍを外側にして円柱形状のミラーベ
ースブロック２５に装着されボルトＢＴで一体的に固定
されている。このミラーベースブロック２５には接合部
より冷却せしめるための冷却水路２７が備えられてい
る。反射面Ｍの背面とミラーベースブロック２５の端面
との間には気体圧を封じ切って気体圧力を維持可能な気
密式の加圧室２９が設けられている。なお、ミラー２３
とミラーベースブロック２５との接触面にはＯリング３
１が嵌挿されて加圧室２９内が気密状態に保たれてい
る。
ラー２３は反射面Ｍに該当する底面が薄肉の円筒形状
で、しかも厚みが内側、外側に関係なくほぼ一定をなし
ており、前記反射面Ｍを外側にして円柱形状のミラーベ
ースブロック２５に装着されボルトＢＴで一体的に固定
されている。このミラーベースブロック２５には接合部
より冷却せしめるための冷却水路２７が備えられてい
る。反射面Ｍの背面とミラーベースブロック２５の端面
との間には気体圧を封じ切って気体圧力を維持可能な気
密式の加圧室２９が設けられている。なお、ミラー２３
とミラーベースブロック２５との接触面にはＯリング３
１が嵌挿されて加圧室２９内が気密状態に保たれてい
る。
【００２７】なお、ミラー２３の反射面Ｍは非加圧時に
は常時非線形の凹面状態にある。例えば、ミラー２３は
製造過程において反射面Ｍの背面から一定のガス圧力を
加えて反射面Ｍを凸状に変形させた状態で上記の反射面
Ｍを平面加工すると、上記の加圧力をなくしたときに反
射面Ｍは通常では非線形の凹面形状となる。
は常時非線形の凹面状態にある。例えば、ミラー２３は
製造過程において反射面Ｍの背面から一定のガス圧力を
加えて反射面Ｍを凸状に変形させた状態で上記の反射面
Ｍを平面加工すると、上記の加圧力をなくしたときに反
射面Ｍは通常では非線形の凹面形状となる。
【００２８】また、ミラーベースブロック２５には加圧
室２９に圧力気体としての制御用ガスを供給するために
流入せしめて、この気体圧を加圧室２９に封じ切って気
体圧力を維持可能な気密式の気体供給路としての例えば
ガス供給路３３と、加圧室２９内の圧力を確認するため
の圧力検出用流路３５との少なくとも２つの流路が、加
圧室２９を構成する端面に連通して設けられている。
室２９に圧力気体としての制御用ガスを供給するために
流入せしめて、この気体圧を加圧室２９に封じ切って気
体圧力を維持可能な気密式の気体供給路としての例えば
ガス供給路３３と、加圧室２９内の圧力を確認するため
の圧力検出用流路３５との少なくとも２つの流路が、加
圧室２９を構成する端面に連通して設けられている。
【００２９】上記のガス供給路３３には供給側ガスケッ
ト３７並びにガス供給管路３９を介して空気圧または他
のガス等の圧力気体を供給する圧力気体供給源としての
例えば圧縮ガス供給源４１に連通されており、上記のガ
ス供給管路３９には圧縮ガスＧの圧力を制御するための
圧力制御システム４３が設けられている。なお、圧力制
御システム４３の詳細は後述する。また、圧力検出用流
路３５には圧力検出手段としての圧力計などの圧力表示
器４５もしくは圧力センサが設けられている。なお、圧
力表示器４５もしくは圧力センサは検出された圧力が制
御装置２１にフィードバックされるべく、制御装置２１
に電気的に接続されている。
ト３７並びにガス供給管路３９を介して空気圧または他
のガス等の圧力気体を供給する圧力気体供給源としての
例えば圧縮ガス供給源４１に連通されており、上記のガ
ス供給管路３９には圧縮ガスＧの圧力を制御するための
圧力制御システム４３が設けられている。なお、圧力制
御システム４３の詳細は後述する。また、圧力検出用流
路３５には圧力検出手段としての圧力計などの圧力表示
器４５もしくは圧力センサが設けられている。なお、圧
力表示器４５もしくは圧力センサは検出された圧力が制
御装置２１にフィードバックされるべく、制御装置２１
に電気的に接続されている。
【００３０】ミラーベースブロック２５は図２に示され
ているように底面に開口部４７を設けた円筒形状のアタ
ッチメントプレート４９に着脱自在に、しかもミラー２
３の反射面Ｍが開口部４７に臨むように装着されてい
る。なお、アタッチメントプレート４９は上述したミラ
ー固定ブラケット（図示省略）に取り付けられている。
ているように底面に開口部４７を設けた円筒形状のアタ
ッチメントプレート４９に着脱自在に、しかもミラー２
３の反射面Ｍが開口部４７に臨むように装着されてい
る。なお、アタッチメントプレート４９は上述したミラ
ー固定ブラケット（図示省略）に取り付けられている。
【００３１】図２を参照するに、圧力制御システム４３
としては、圧縮ガスＧの圧力を調整するための圧力調整
装置としての例えば電空レギュレータ５１がガス供給管
路３９に介設されている。この電空レギュレータ５１は
電気信号により圧縮ガスＧを任意に加減圧可能であり、
レーザ加工条件に応じて曲率可変ミラー５の反射面Ｍの
曲率を変更調整すべく曲率可変ミラーコントローラとし
ての例えば電空レギュレータコントローラ５３により電
気的に接続されている。また、電空レギュレータコント
ローラ５３は制御装置２１としての例えばＮＣ制御装置
に電気的に接続されている。
としては、圧縮ガスＧの圧力を調整するための圧力調整
装置としての例えば電空レギュレータ５１がガス供給管
路３９に介設されている。この電空レギュレータ５１は
電気信号により圧縮ガスＧを任意に加減圧可能であり、
レーザ加工条件に応じて曲率可変ミラー５の反射面Ｍの
曲率を変更調整すべく曲率可変ミラーコントローラとし
ての例えば電空レギュレータコントローラ５３により電
気的に接続されている。また、電空レギュレータコント
ローラ５３は制御装置２１としての例えばＮＣ制御装置
に電気的に接続されている。
【００３２】上記構成により、電空レギュレータ５１に
より圧力制御された圧縮ガスＧの制御ガスは、０kgf/cm
2以上の正圧領域で行われる。ミラー２３の反射面Ｍは
制御ガスが０kgf/cm2で図２の点線のように凹面形状と
なり、それから加圧していくに伴って凹面の曲率は大き
くなっていき、ミラー２３の製造過程における指定圧力
にて図２の実線のように平面となり、さらに加圧される
と図２の一点鎖線のように凸面形状へと自在に変化され
ていく。
より圧力制御された圧縮ガスＧの制御ガスは、０kgf/cm
2以上の正圧領域で行われる。ミラー２３の反射面Ｍは
制御ガスが０kgf/cm2で図２の点線のように凹面形状と
なり、それから加圧していくに伴って凹面の曲率は大き
くなっていき、ミラー２３の製造過程における指定圧力
にて図２の実線のように平面となり、さらに加圧される
と図２の一点鎖線のように凸面形状へと自在に変化され
ていく。
【００３３】図１を参照するに、レーザ加工ヘッド７の
内部には例えば酸素等のアシストガスが供給されるよう
にアシストガス供給路５５が連通されており、このアシ
ストガス供給路５５はアシストガス減圧弁５７並びにア
シストガス供給路５５を開閉せしめるアシストガス用ソ
レノイドバルブ５９を介してアシストガス供給源６１に
連通されている。アシストガス減圧弁５７は制御装置２
１から与えられる圧力指令を受けて減圧弁コントローラ
６３により制御されるように構成されている。また、ア
シストガス用ソレノイドバルブ５９は制御装置２１から
の指令によりバルブの開閉が制御されるように構成され
ている。
内部には例えば酸素等のアシストガスが供給されるよう
にアシストガス供給路５５が連通されており、このアシ
ストガス供給路５５はアシストガス減圧弁５７並びにア
シストガス供給路５５を開閉せしめるアシストガス用ソ
レノイドバルブ５９を介してアシストガス供給源６１に
連通されている。アシストガス減圧弁５７は制御装置２
１から与えられる圧力指令を受けて減圧弁コントローラ
６３により制御されるように構成されている。また、ア
シストガス用ソレノイドバルブ５９は制御装置２１から
の指令によりバルブの開閉が制御されるように構成され
ている。
【００３４】図２を参照するに、制御装置２１として
は、例えば中央処理装置としてのＣＰＵ６５に、ワーク
Ｗの材質、板厚、加工方法等の情報、加工点座標、曲率
可変ミラー５の曲率の変化量と焦点長さのデータ等を入
力するための入力装置６７と表示装置６９と、入力され
たデータを記憶するメモリ７１が接続されている。な
お、このメモリ７１にはワークＷの板厚、材質等の加工
条件に応じてピアス加工時並びに切断加工時のビーム焦
点長さを得るための曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率
がそれぞれ、予めピアス加工設定曲率値ＰＳ並びに切断
加工設定曲率値ＣＳとして設定されている。
は、例えば中央処理装置としてのＣＰＵ６５に、ワーク
Ｗの材質、板厚、加工方法等の情報、加工点座標、曲率
可変ミラー５の曲率の変化量と焦点長さのデータ等を入
力するための入力装置６７と表示装置６９と、入力され
たデータを記憶するメモリ７１が接続されている。な
お、このメモリ７１にはワークＷの板厚、材質等の加工
条件に応じてピアス加工時並びに切断加工時のビーム焦
点長さを得るための曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率
がそれぞれ、予めピアス加工設定曲率値ＰＳ並びに切断
加工設定曲率値ＣＳとして設定されている。
【００３５】さらに、ＣＰＵ６５には上記の加工点座標
に伴う曲率可変ミラー５の曲率の変化量と焦点長さとの
関係式又はワークＷの板厚と焦点長さ、スポット径との
関係を式あるいは実験により求めたデータテーブルに基
づいてレーザビームＬＢのスポット径ｄやスポット位置
（焦点長さＬｆ）並びに曲率可変ミラー５の曲率の変化
量を演算する演算装置７３が接続されている。
に伴う曲率可変ミラー５の曲率の変化量と焦点長さとの
関係式又はワークＷの板厚と焦点長さ、スポット径との
関係を式あるいは実験により求めたデータテーブルに基
づいてレーザビームＬＢのスポット径ｄやスポット位置
（焦点長さＬｆ）並びに曲率可変ミラー５の曲率の変化
量を演算する演算装置７３が接続されている。
【００３６】さらに、ＣＰＵ６５には上記のワークＷの
材質、板厚、加工方法等の情報に基づいて得た曲率可変
ミラー５の曲率の変化量と集光レンズ９における焦点長
さに合わせるべく曲率可変ミラー５の曲率を変化させる
ように電空レギュレータコントローラ５３に指令を発生
すると共に圧力発生器で検出された圧力と、ピアス加工
曲率値としての例えば予め設定されたピアス加工設定曲
率値ＰＳ並びに切断加工設定曲率値ＣＳと圧力との関係
式又はデータテーブルで得られた圧力とを比較判断する
比較判断装置７５が接続されている。
材質、板厚、加工方法等の情報に基づいて得た曲率可変
ミラー５の曲率の変化量と集光レンズ９における焦点長
さに合わせるべく曲率可変ミラー５の曲率を変化させる
ように電空レギュレータコントローラ５３に指令を発生
すると共に圧力発生器で検出された圧力と、ピアス加工
曲率値としての例えば予め設定されたピアス加工設定曲
率値ＰＳ並びに切断加工設定曲率値ＣＳと圧力との関係
式又はデータテーブルで得られた圧力とを比較判断する
比較判断装置７５が接続されている。
【００３７】なお、ピアス加工設定曲率値ＰＳは切断加
工設定曲率値ＣＳに対して、ピアス加工時のビーム焦点
長さが切断加工時のビーム焦点長さより長くする方向に
変化せしめるものである。
工設定曲率値ＣＳに対して、ピアス加工時のビーム焦点
長さが切断加工時のビーム焦点長さより長くする方向に
変化せしめるものである。
【００３８】なお、制御装置２１では、ミラー２３の反
射面Ｍの曲率の所望の変形量を得るためのガス圧力の圧
力指令が、予め入力され記憶されている２つのパラメー
タ（圧力設定値）の間を、ワークＷのレーザ加工条件と
レーザ加工領域を判断するワークＷのＸ，Ｙ，Ｚ座標値
（ワークＷの平面での前後左右方向並びに垂直方向の座
標値）の変化に合わせて、直線的に補間変化させて電空
レギュレータ５１に電気信号を与える。しかも、加圧室
２９並びにガス供給路３３は、気体圧を封じ切り可能な
気密式であるので、圧力表示器４５もしくは圧力センサ
で検出された気体圧力が維持される。
射面Ｍの曲率の所望の変形量を得るためのガス圧力の圧
力指令が、予め入力され記憶されている２つのパラメー
タ（圧力設定値）の間を、ワークＷのレーザ加工条件と
レーザ加工領域を判断するワークＷのＸ，Ｙ，Ｚ座標値
（ワークＷの平面での前後左右方向並びに垂直方向の座
標値）の変化に合わせて、直線的に補間変化させて電空
レギュレータ５１に電気信号を与える。しかも、加圧室
２９並びにガス供給路３３は、気体圧を封じ切り可能な
気密式であるので、圧力表示器４５もしくは圧力センサ
で検出された気体圧力が維持される。
【００３９】上記構成の装置を用いて、ピアス加工の作
用について説明する。
用について説明する。
【００４０】レーザ加工において切断加工時とピアス加
工時におけるワークＷの板厚方向と焦点位置の関係が重
要で、その最適値は異なっている。例えば、ＳＳ材の場
合は図５に示されているように切断加工時の焦点位置は
ワークＷの表面に対して上方の＋側に位置しており、ピ
アス加工時の焦点位置はワークＷの表面に対して下方の
−側に位置している。
工時におけるワークＷの板厚方向と焦点位置の関係が重
要で、その最適値は異なっている。例えば、ＳＳ材の場
合は図５に示されているように切断加工時の焦点位置は
ワークＷの表面に対して上方の＋側に位置しており、ピ
アス加工時の焦点位置はワークＷの表面に対して下方の
−側に位置している。
【００４１】本発明においては上記の切断加工時とピア
ス加工時におけるレーザービームＬＢの焦点位置の変更
が、従来のように集光レンズ９を上下動せしめるなどの
ようにメカ的に行われるのではなく（従って、図１にお
ける制御装置２１から集光レンズ駆動モータ１７への接
続はなし）、曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率を変更
することにより集光レンズ９に入射するレーザービーム
ＬＢの光波面曲率Ｒ(z)を変化せしめて行われるもので
ある。
ス加工時におけるレーザービームＬＢの焦点位置の変更
が、従来のように集光レンズ９を上下動せしめるなどの
ようにメカ的に行われるのではなく（従って、図１にお
ける制御装置２１から集光レンズ駆動モータ１７への接
続はなし）、曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率を変更
することにより集光レンズ９に入射するレーザービーム
ＬＢの光波面曲率Ｒ(z)を変化せしめて行われるもので
ある。
【００４２】例えば、図３（Ａ）は曲率可変ミラー５の
反射面Ｍの曲率が切断加工時に適した切断加工設定曲率
値ＣＳに設定されたものであり、集光レンズ９に入射す
るビーム径ＤSが小さいので焦点長さＬｆSが短くスポッ
ト径ｄSが大きい。一方、図３（Ｂ）は曲率可変ミラー
５の反射面Ｍの曲率が切断加工設定曲率値ＣＳより凸面
方向に変更してピアス加工時に適したピアス加工設定曲
率値ＰＳに設定されたものである。この場合はビーム径
ＤLが大きくなるので焦点長さＬｆLが長く変更されてピ
アス加工時は切断加工に適した焦点位置よりも差Δｆの
分だけ１〜３ｍｍ下方位置へ変更される。しかもスポッ
ト径ｄLが小さくなる。
反射面Ｍの曲率が切断加工時に適した切断加工設定曲率
値ＣＳに設定されたものであり、集光レンズ９に入射す
るビーム径ＤSが小さいので焦点長さＬｆSが短くスポッ
ト径ｄSが大きい。一方、図３（Ｂ）は曲率可変ミラー
５の反射面Ｍの曲率が切断加工設定曲率値ＣＳより凸面
方向に変更してピアス加工時に適したピアス加工設定曲
率値ＰＳに設定されたものである。この場合はビーム径
ＤLが大きくなるので焦点長さＬｆLが長く変更されてピ
アス加工時は切断加工に適した焦点位置よりも差Δｆの
分だけ１〜３ｍｍ下方位置へ変更される。しかもスポッ
ト径ｄLが小さくなる。
【００４３】したがって、集光レンズ９はそのままの位
置の状態で、図５に示されているように曲率可変ミラー
５の反射面Ｍの曲率が凹面側に変化させることによりレ
ーザービームＬＢの焦点位置が切断加工時に適した位置
となり、反射面Ｍの曲率が凸面側に変化させることによ
りレーザービームＬＢの焦点位置がピアス加工に適した
位置に変更される。
置の状態で、図５に示されているように曲率可変ミラー
５の反射面Ｍの曲率が凹面側に変化させることによりレ
ーザービームＬＢの焦点位置が切断加工時に適した位置
となり、反射面Ｍの曲率が凸面側に変化させることによ
りレーザービームＬＢの焦点位置がピアス加工に適した
位置に変更される。
【００４４】このときの曲率可変ミラー５の反射面Ｍの
曲率に対するスポット径は、図６に示されているように
反射面Ｍの曲率が凸面方向へ変更されるにつれて小さく
なる。つまり、ピアス加工時にはスポット径が小さくな
るのでパワー密度が上がることになり、ワークＷの材料
の溶融速度がアップするためにより一層ピアス加工に適
する状態になる。
曲率に対するスポット径は、図６に示されているように
反射面Ｍの曲率が凸面方向へ変更されるにつれて小さく
なる。つまり、ピアス加工時にはスポット径が小さくな
るのでパワー密度が上がることになり、ワークＷの材料
の溶融速度がアップするためにより一層ピアス加工に適
する状態になる。
【００４５】したがって、ピアス加工に適した焦点位置
でのピアス加工時間は切断加工に適した焦点位置でピア
ス加工が行われる場合より、短縮されバラツキも減少す
る。ちなみに、酸素がアシストガスとして用いられるレ
ーザ加工によりワークＷが鉄材の厚板にピアス加工する
場合では、５〜１０％の時間短縮が可能となる。
でのピアス加工時間は切断加工に適した焦点位置でピア
ス加工が行われる場合より、短縮されバラツキも減少す
る。ちなみに、酸素がアシストガスとして用いられるレ
ーザ加工によりワークＷが鉄材の厚板にピアス加工する
場合では、５〜１０％の時間短縮が可能となる。
【００４６】なお、切断加工時の最適な焦点位置はワー
クＷの材質や板厚などの加工条件によって異なるので、
切断加工設定曲率値ＣＳと光路長との関係は図４の実線
に示されているようにワークＷに応じて異なる。したが
って、各ワークＷに応じたピアス加工時の最適な焦点位
置は２点鎖線に示されているように上記の各ワークＷに
応じた切断加工設定曲率値ＣＳに対して一定量だけ凸面
方向へシフトするように設定されるものである。
クＷの材質や板厚などの加工条件によって異なるので、
切断加工設定曲率値ＣＳと光路長との関係は図４の実線
に示されているようにワークＷに応じて異なる。したが
って、各ワークＷに応じたピアス加工時の最適な焦点位
置は２点鎖線に示されているように上記の各ワークＷに
応じた切断加工設定曲率値ＣＳに対して一定量だけ凸面
方向へシフトするように設定されるものである。
【００４７】以上のことから、本実施の形態ではピアス
加工時には曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率が切断加
工設定曲率値ＣＳより凸面側に変化させるだけで、アシ
ストガスの圧力に関わらずにレーザービームＬＢの焦点
位置がすばやく変更され、しかも焦点位置の変更と同時
にスポット径の大きさが小さく変更されるので、レーザ
加工中の集光レンズ９のメカ的な焦点制御よりも高速に
しかもアシストガスの圧力に影響を受けることなく変更
でき、ピアス加工時の時間短縮と安定化が図られる。
加工時には曲率可変ミラー５の反射面Ｍの曲率が切断加
工設定曲率値ＣＳより凸面側に変化させるだけで、アシ
ストガスの圧力に関わらずにレーザービームＬＢの焦点
位置がすばやく変更され、しかも焦点位置の変更と同時
にスポット径の大きさが小さく変更されるので、レーザ
加工中の集光レンズ９のメカ的な焦点制御よりも高速に
しかもアシストガスの圧力に影響を受けることなく変更
でき、ピアス加工時の時間短縮と安定化が図られる。
【００４８】なお、この発明は前述した実施の形態に限
定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他
の態様で実施し得るものである。
定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他
の態様で実施し得るものである。
【００４９】
【発明の効果】以上のごとき発明の実施の形態の説明か
ら理解されるように、請求項１の発明によれば、ピアス
加工時には曲率可変ミラーの反射面の曲率を切断加工曲
率値より凸面側のピアス加工曲率値に変更するだけで、
アシストガスの圧力に関わらずにレーザビームの焦点位
置をすばやく変更できる。しかも、この焦点位置の変更
と同時にレーザビームのスポット径の大きさを小さく変
更できるので、パワー密度が上がることになり、ワーク
の溶融速度がアップし、より一層ピアス加工に適する状
態に変更できる。その結果、レーザ加工中の集光レンズ
のメカ的な焦点制御よりも高速にしかもアシストガスの
圧力に影響を受けることなく変更でき、ピアス加工時間
を短縮できピアス加工のバラツキも減少でき安定化を図
ることができる。
ら理解されるように、請求項１の発明によれば、ピアス
加工時には曲率可変ミラーの反射面の曲率を切断加工曲
率値より凸面側のピアス加工曲率値に変更するだけで、
アシストガスの圧力に関わらずにレーザビームの焦点位
置をすばやく変更できる。しかも、この焦点位置の変更
と同時にレーザビームのスポット径の大きさを小さく変
更できるので、パワー密度が上がることになり、ワーク
の溶融速度がアップし、より一層ピアス加工に適する状
態に変更できる。その結果、レーザ加工中の集光レンズ
のメカ的な焦点制御よりも高速にしかもアシストガスの
圧力に影響を受けることなく変更でき、ピアス加工時間
を短縮できピアス加工のバラツキも減少でき安定化を図
ることができる。
【００５０】請求項２の発明によれば、請求項１記載の
効果と同様であり、ピアス加工時には曲率可変ミラーの
反射面の曲率を切断加工曲率値より凸面側のピアス加工
曲率値に変更するだけで、アシストガスの圧力に関わら
ずにレーザビームの焦点位置をすばやく変更できる。し
かも、この焦点位置の変更と同時にレーザビームのスポ
ット径の大きさを小さく変更できるので、パワー密度が
上がることになり、ワークの溶融速度がアップし、より
一層ピアス加工に適する状態に変更できる。その結果、
レーザ加工中の集光レンズのメカ的な焦点制御よりも高
速にしかもアシストガスの圧力に影響を受けることなく
変更でき、ピアス加工時間を短縮できピアス加工のバラ
ツキも減少でき安定化を図ることができる。
効果と同様であり、ピアス加工時には曲率可変ミラーの
反射面の曲率を切断加工曲率値より凸面側のピアス加工
曲率値に変更するだけで、アシストガスの圧力に関わら
ずにレーザビームの焦点位置をすばやく変更できる。し
かも、この焦点位置の変更と同時にレーザビームのスポ
ット径の大きさを小さく変更できるので、パワー密度が
上がることになり、ワークの溶融速度がアップし、より
一層ピアス加工に適する状態に変更できる。その結果、
レーザ加工中の集光レンズのメカ的な焦点制御よりも高
速にしかもアシストガスの圧力に影響を受けることなく
変更でき、ピアス加工時間を短縮できピアス加工のバラ
ツキも減少でき安定化を図ることができる。
【図１】本発明の実施の形態の曲率可変ミラーを備えた
レーザ加工装置の部分的な概略説明図である。
レーザ加工装置の部分的な概略説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の曲率可変ミラーの断面図
及びその制御回路図ある。
及びその制御回路図ある。
【図３】（Ａ）は切断加工時のレーザビームの焦点位置
を示し、（Ｂ）はピアス加工時のレーザビームの焦点位
置を示す状態説明図図である。
を示し、（Ｂ）はピアス加工時のレーザビームの焦点位
置を示す状態説明図図である。
【図４】ワークに応じた切断加工設定曲率値並びにピア
ス加工設定曲率値とレーザビームの光路長の関係を示す
グラフである。
ス加工設定曲率値とレーザビームの光路長の関係を示す
グラフである。
【図５】曲率可変ミラーの反射面の曲率とワークに対す
る焦点位置との関係を示すグラフ図である。
る焦点位置との関係を示すグラフ図である。
【図６】曲率可変ミラーの反射面の曲率とレーザビーム
のスポット径との関係を示すグラフ図である。
のスポット径との関係を示すグラフ図である。
１ レーザ加工装置 ５ 曲率可変ミラー ７ レーザ加工ヘッド ９ 集光レンズ ２１ 制御装置 ２９ 加圧室 ３３ ガス供給路 ４１ 圧縮ガス供給源（圧力気体供給源） ４５ 圧力表示器 ５１ 電空レギュレータ（圧力調整装置） ５３ 電空レギュレータコントローラ ５５ アシストガス供給路 ６１ アシストガス供給源 ６３ 減圧弁コントローラ ６５ ＣＰＵ（中央処理装置） ７１ メモリ ７３ 演算装置 ７５ 比較判断装置 Ｄ（ＤL，ＤS） ビーム径 ＬｆL，ＬｆS 焦点長さ ｄ（ｄL，ｄS） スポット径 Ｍ 反射面 ＰＳ ピアス加工設定曲率値 ＣＳ 切断加工設定曲率値
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザビームを曲率可変ミラーで反射さ
せレーザ加工ヘッド内の集光レンズで集光せしめてワー
クにピアス加工と切断加工を行う際、 ピアス加工時は、切断加工時のビーム焦点長さに対して
長くする方向に変化せしめるべく前記曲率可変ミラーの
反射面の曲率をワークの加工条件に応じたピアス加工曲
率値に変更することを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項２】 レーザビームをレーザ加工ヘッド内の集
光レンズに入射すべく反射せしめる反射面を備えると共
にこの反射面の曲率を自在に変更調整する曲率可変ミラ
ーを設け、 ピアス加工時と切断加工時に前記曲率可変ミラーの反射
面の曲率をワークの加工条件に応じて変更する指令を与
え、特にピアス加工時は切断加工時のビーム焦点長さに
対して長くする方向に変化せしめるべく前記反射面の曲
率をピアス加工曲率値に変更する指令を与える制御装置
を設けてなることを特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11210763A JP2001038485A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | レーザ加工方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11210763A JP2001038485A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | レーザ加工方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001038485A true JP2001038485A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16594737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11210763A Pending JP2001038485A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | レーザ加工方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001038485A (ja) |
Cited By (17)
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- 1999-07-26 JP JP11210763A patent/JP2001038485A/ja active Pending
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