JP2001239384A - レーザ切断方法およびその装置 - Google Patents

レーザ切断方法およびその装置

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JP2001239384A JP2000049538A JP2000049538A JP2001239384A JP 2001239384 A JP2001239384 A JP 2001239384A JP 2000049538 A JP2000049538 A JP 2000049538A JP 2000049538 A JP2000049538 A JP 2000049538A JP 2001239384 A JP2001239384 A JP 2001239384A
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laser
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cutting
torch
points
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Yasuki Nishiwaki
靖樹 西脇
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Nippon Sharyo Ltd
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Nippon Sharyo Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】1台のレーザ発振器から簡便な手段によってレ
ーザ光を分割して被加工物へ2点集光させて切断するレ
ーザ切断方法およびその装置を提供する。 【解決手段】レーザトーチにレーザ発振器からパルス発
振されたレーザ光を被加工物上の1ピッチ離れた2点に
同時に集光させる2点集光レンズを設け、被加工物を平
面内のXY方向に移動させるとともにレーザトーチをそ
の軸線回りに回動させながら切断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工に関
し、特にレーザ発振器から出射されたレーザ光を分割し
て被加工物上の2点に同時に集光させて切断を行う切断
方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザによる切断加工では、通常、1台
のレーザ発振器から出射したレーザ光を集光レンズを通
して被加工物上の1点に集光させ、集光点が切断線に一
致するように被加工物を移動制御させている。
【0003】また、薄肉の被加工物の切断加工では、熱
の影響の少ないパルス発振のレーザ光を使用し、スポッ
ト径の孔が互いに重なるように1ピッチづつ被加工物を
移動させながらスポット径の孔を連続して開けることに
よっている。孔は瞬時に溶融し、レーザ光と同軸上から
吹き付けられるアシストガスによって吹き飛ばされ除去
される。このスポット径の孔の間隔は、通常、図3
(a)に示すように、スポット径dの孔が十分に重なる
ようなピッチP1が設定される。
【0004】レーザ発振器の出力を大きくすることはか
なり可能となっているが、パルス繰り返し数を大きくす
ることは困難で、これの増加によって、切断速度を上げ
ることはできない。また、図3(b)に示すように、ス
ポット径dのピッチP2を大きくするとスポット径dの
重なりが少なくなり切断の品質が悪くなる。
【0005】そこで、切断速度を上げる方法として、1
台のレーザ発振器から出射したレーザ光を2分割して別
々の集光レンズで同時に2点に集光させて被加工物をレ
ーザ加工するようにしたものが開発されている(例えば
実開平3−11218号)。これは、図4に示すよう
に、レーザ発振器からのレーザ光21をハーフミラー2
2によって、反射光と透過光に2分割し、それらを別々
の集光レンズ24,25によってそれぞれの加工物2
6,27上に集光させている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
発振器からのレーザ光をハーフミラーによって、2分割
するのは、分割したレーザ光のパワーを均一にすること
が難しく、切断の状態がムラになりやすいという問題が
あり、また、レーザトーチが大掛かりなものとなり、制
御も複雑で高価なものとなっている。
【0007】そこで、本発明は、薄肉の金属板のレーザ
切断において、1台のレーザ発振器から簡便な手段によ
ってレーザ光を分割して被加工物へ2点集光させて切断
するレーザ切断方法およびその装置を提供することを目
的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では次の手段を採った。即ち、請求項1の発
明では、レーザ発振器から出射されたレーザ光を分割
し、被加工物上の2点に集光させて切断を行うレーザ切
断方法において、レーザトーチにレーザ発振器からパル
ス発振されたレーザ光を被加工物上の1ピッチ離れた2
点に同時に集光させる2点集光レンズを設け、被加工物
を平面内のXY方向に移動させるとともにレーザトーチ
をその軸線回りに回動させながら切断することを特徴と
している。
【0009】このレーザ加工方法は、薄肉の金属板に微
細精密な切断を行う場合に特に効果がある。パルス発振
のレーザ光による切断速度は、集光点でのスポット径と
ラップ率およびパルス繰り返し数に関係する。集光点で
のスポット径はレーザ光の品質(ビームモード、ビーム
拡がり角θ)とビーム口径dおよび集光レンズの焦点距
離fから求められ、f・θである。また、ラップ率は集
光点のスポット径と要求される切断断面の品質から最適
値を決めることができる。
【0010】切断速度を上げるにはレーザ発振のパルス
繰り返し数を大きくすればよいが、実際には困難である
ので、本発明では、レーザ光1パルスで2個の集光点を
作り、パルス繰り返し数を実質的に倍増させることによ
り切断の高速化を図ったものである。
【0011】被加工物へ集光する2つの集光点の間隔は
スポット径が連続する1ピッチである。この2つの集光
点の間隔は理論的には任意に選定できるが、スポット径
が重なる1ピッチとすれば、被加工物の移動および集光
点の2点が切断線に沿うようにレーザトーチを回動させ
る制御を簡素にすることができる。
【0012】この発明を実施するためのレーザ切断装置
は、請求項2に記載のように、2点集光レンズを備え下
端にアシストガスを噴射するノズルを備えたレーザトー
チをその軸線回りに回動させる回動装置に取り付け、レ
ーザトーチの直下に被加工物を把持して平面内のXおよ
びY方向に移動するXYテーブルを設け、該回動装置お
よびXYテーブルへ指令制御するNC制御装置を設けた
ものとするのがよい。
【0013】この回動装置によって、切断線が曲線のよ
うに平面内でXおよびYの方向に常に変化しても簡便に
2つの集光点を切断線に一致させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ切断方法の
実施形態例を図面に基づいて説明する。図1に示すよう
に、レーザトーチ4の直下に被加工物1を図示してない
平面内のXおよびY方向に移動可能なXYテーブルに支
持し、アシストガス5として酸素ガスを噴射させつつレ
ーザ光を照射し、被加工物1に集光させて切断加工を行
う。
【0015】レーザトーチ4にはレーザ光3を2つに分
割する2点集光レンズ2が設けられている。この2点集
光レンズ2には、2つの凸面を有するレンズが使用され
ており、入射したレーザ光3が被加工物1の表面で2つ
の集光点3a,3bを結ぶことができるように配置され
ている。
【0016】この集光点3a,3bは、図3(a)に示
す1ピッチ(P1)離れた隣り合う孔開け位置であり、
スポット径は互いにラップしている。そして、レーザ光
3は集光点3aと集光点3bへ同時に照射されるので、
次にレーザ光3を照射するのは2ピッチ先の地点とな
る。すなわち、2ピッチ間隔で被加工物1を移動制御す
る。
【0017】次に、上記のレーザ切断方法を実施するた
めの装置の実施態様例を図2に基づいて説明する。この
レーザ切断装置は、レーザ光3を照射するレーザ機本体
と、2点集光レンズを備え下端にアシストガスを噴射す
るノズルを備えたレーザトーチ4と、レーザトーチ4を
その軸線回りに回動させる回動装置15と、レーザトー
チ4の直下に被加工物1を把持して平面内のXおよびY
方向に移動するXYテーブル10と、該回動装置15お
よびXYテーブル10へ指令制御するNC制御装置20
とから構成されている。
【0018】レーザ発振器11はYAGレーザ(106
4nm)でレーザ光は45度の反射鏡12によって偏向
された後、レーザトーチ4内の2点集光レンズ2に入射
される。レーザトーチ4の下端にはノズルが付設されて
おり、酸素などのアシストガス5が被加工物1の集光点
3a,3bに向けて高圧力で噴射するように構成されて
いる。
【0019】そして、このアシストガス5によって集光
点3a,3bで溶融された溶融物が除去される。XYテ
ーブル10は、被加工物1の両端を把持して水平状態に
保持する把持具14と、被加工物1を平面内のXおよび
Y方向へ移動可能となっており、NC制御装置20から
の指令によって作動する。
【0020】レーザ切断は、レーザ発振器11を作動さ
せてレーザ光3を出射させるとともにアシストガス5を
レーザトーチ4へ圧送し、同時にNC制御装置20から
の指令に基づいて、XYテーブル10および回転装置1
5を作動させて行う。曲線などの2次元加工時は、集光
点3a,3bが切断線に一致するように回動装置15が
作動し、レーザトーチ4を回動させる。これは、NC制
御装置20で切断情報から切断のベクトル方向を演算
し、その結果を基に回動装置15へ制御指令が出され
る。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載のレ
ーザ切断方法は、レーザトーチにレーザ発振器からパル
ス発振されたレーザ光を被加工物上の1ピッチ離れた2
点に同時に集光させる2点集光レンズを設け、被加工物
を平面内のXY方向に移動させるとともにレーザトーチ
をその軸線回りに回動させながら切断するようにしたの
で、2ピッチ間隔で被加工物を移動でき切断速度が倍増
する。また、従来のレーザ光をハーフミラーによって2
分割して別々の集光レンズによって照射する場合に比
べ、2つの集光点におけるレーザ光のパワーを簡便に同
一にすることができ、また、レーザトーチも簡素なもの
とすることができる。
【0022】請求項2記載のレーザ切断装置は、2点集
光レンズを備え下端にアシストガスを噴射するノズルを
備えたレーザトーチをその軸線回りに回動させる回動装
置に取り付け、レーザトーチの直下に被加工物を把持し
て平面内のXおよびY方向に移動するXYテーブルを設
け、該回動装置およびXYテーブルへ指令制御するNC
制御装置を設けたので、従来に比べ、簡素な装置となる
ばかりでなく、切断の制御も集光点が1つの場合とほと
んど同じようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ切断方法の一実施形態例の構成
を示す説明図である。
【図2】同 請求項2記載の発明の実施形態例を示すレ
ーザ切断装置の構成図である。
【図3】パルス発振のレーザ光による切断加工の状態を
示す説明図である。
【図4】従来のレーザ光を分割する手段を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1…被加工物 2…2点集光レンズ 3…レーザ光 3a,3b…集光点 4…レーザトーチ 5…アシストガス 10…XYテーブル 11…レーザ発振器 12…反射鏡 14…把持具 15…回転装置 20…NC制御装置 21…レーザ光 22…ハーフミラー 23…反射鏡 24,25…集光レンズ 26,27…被加工物

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ発振器から出射されたレーザ光を分
    割し、被加工物上の2点に集光させて切断を行うレーザ
    切断方法において、レーザトーチにレーザ発振器からパ
    ルス発振されたレーザ光を被加工物上の1ピッチ離れた
    2点に同時に集光させる2点集光レンズを設け、被加工
    物を平面内のXY方向に移動させるとともにレーザトー
    チをその軸線回りに回動させながら切断することを特徴
    とするレーザ切断方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のレーザ切断方法を実施す
    るため、2点集光レンズを備え下端にアシストガスを噴
    射するノズルを備えたレーザトーチをその軸線回りに回
    動させる回動装置に取り付け、レーザトーチの直下に被
    加工物を把持して平面内のXおよびY方向に移動するX
    Yテーブルを設け、該回動装置およびXYテーブルへ指
    令制御するNC制御装置を設けたことを特徴とするレー
    ザ切断装置。
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