JP2006218535A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ加工による穴加工時に切抜かれる切抜き片に損傷を与えることなく穴加工を行うことのできるレーザ加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】 レーザ加工ヘッド１５からワークＷへレーザ光ＬＢを照射すると共にワークに対して前記レーザ加工ヘッド１５を相対的に移動して、閉曲線４１によって囲繞された穴をレーザ加工するレーザ加工方法であって、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置Ｓから前記閉曲線４１に沿ってのレーザ加工を行い、前記到達位置Ｓに前記レーザ加工ヘッド１５が再び到達し前記閉曲線に沿って前記到達位置Ｓを前記レーザ加工ヘッド１５が僅かに通過したときにレーザ出力をほぼ零又は零にすると共に、ワークＷに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度を非停止状態で制御するレーザ加工方法及び装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば板状のワークに、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工するレーザ加工方法及び上記レーザ加工方法に使用するレーザ加工装置に係り、さらに詳細には、ワークに穴加工を行うことによりワークから切り抜かれた切抜き片が落下するとき、前記穴内で傾斜したような場合であっても、前記切抜き片及び穴の内周面への悪影響のないレーザ加工方法及び装置に関する。

従来、図４に示すように、ワークテーブル１上の複数のスキッド又は針山３によって支持されているワークＷに、レーザ加工ヘッド５からレーザ光を照射して穴加工を行うと、ワークＷから切り抜かれた切抜き片Ｂが穴７内において落下するとき、傾斜して落下することになる。上述のように、切抜き片Ｂが穴７から落下するとき、前記切抜き片Ｂと前記穴７の内周面との接触位置付近へレーザ光が照射されると、切抜き片Ｂの照射された部分が溶融されると共に、溶融物が穴７の内周面に付着することがあるなどの問題がある。

上記問題を解消することを目的とした先行例として特許文献１がある。
特開２００４−１２２２１７号公報

上記特許文献１に記載の発明においては、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工する場合、上記閉曲線に沿ってのレーザ加工時に微小な突起部を形成して切抜き片の分離を行い、その後に前記突起部の加工を行うものである。

特許文献１に記載の発明によれば、穴の内周面に対する溶融物の付着は軽減されるものの、閉曲線に沿ってレーザ加工を行った後に微小な突起部を除去するためのレーザ加工を行う必要があり、レーザ加工の能率向上を図る上においてさらなる改善が求められている。

本発明は前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射すると共にワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動して、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工するレーザ加工方法であって、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置から前記閉曲線に沿ってのレーザ加工を行い、前記到達位置に前記レーザ加工ヘッドが再び到達し前記閉曲線に沿って前記到達位置を前記レーザ加工ヘッドが僅かに通過したときにレーザ出力をほぼ零又は零にすることを特徴とするものである。

また、レーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射すると共にワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動して、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工するレーザ加工方法であって、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置から前記閉曲線に沿ってレーザ加工を行い、前記到達位置に前記レーザ加工ヘッドが再び到達し前記閉曲線に沿って前記到達位置を前記レーザ加工ヘッドが通過した後、前記レーザ加工ヘッドに備えたギャップセンサによって検出していたワークとレーザ加工ヘッドとのギャップの検出値が大きく変化したときに、レーザ出力をほぼ零又は零に制御すると共にワークに対するレーザ加工ヘッドの相対的な移動速度を非停止状態で制御することを特徴とするものである。

また、レーザ発振器からのレーザ光をワークへ照射するレーザ加工ヘッドと、このレーザ加工ヘッドからワークへ照射されるレーザ光の出力を制御自在のレーザ出力制御手段と、レーザ加工されるワークを支持して前記レーザ加工ヘッドに対し相対的に移動自在のワークテーブルと、閉曲線によって囲繞された穴を前記ワークにレーザ加工する際、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置を、前記閉曲線に沿っての前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動時に、当該レーザ加工ヘッドが通過したか否かを検出する通過検知手段と、この通過検知手段の通過検知により前記レーザ出力制御手段を制御する動作制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工装置において、前記動作制御手段は、前記通過検知手段の通過検知により前記レーザ加工ヘッドに対する前記ワークテーブルの相対的な移動速度を制御する機能を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工して、ワークから切抜き片を分離するとき、前記切抜き片がワークから分離されて落下するのとほぼ同時的にレーザ出力をほぼ零にすることができ、分離された後の切抜き片にレーザ光が照射されるようなことがなく、切抜き片の一部が溶融されることを防止できるものである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、本実施形態に係るレーザ加工装置１１は、図１に概念的、概略的に示すように、一般的なレーザ加工装置と同様に、レーザ発振器１３から発振されたレーザ光ＬＢをワークＷへ照射するレーザ加工ヘッド１５を備えている。このレーザ加工ヘッド１５に備えたノズル先端部１７には、ワークＷの表面とノズル先端部１７との間のギャップを検出するためのギャップセンサ（図示省略）が備えられており、このギャップセンサの検出に基いてＺ軸モータ１９の制御を行うことにより、ワークＷのレーザ加工時にはワークＷとノズル先端部１７との間のギャップは常に一定に制御されるものである。

さらに、前記レーザ加工装置１１には、前記レーザ発振器１３から発振されて前記レーザ加工ヘッド１５からワークＷへ照射されるレーザ光ＬＢの出力を制御自在なレーザ出力制御手段１４が備えられている。このレーザ出力制御手段１４は、例えばレーザ光を絞り自在かつ遮断自在なシャッター機構よりなるものである。しかし、レーザ出力制御手段としては、レーザ発振器１３へ供給する電力を制御する構成とすることも可能である。

前記ワークＷは、針山３等を備えたワークテーブル１上に支持されている。上記ワークテーブル１は、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ等のサーボモータ２１の駆動により、前記レーザ加工ヘッド１５に対して相対的にＸ，Ｙ軸方向へ移動自在に構成してある。そして、レーザ加工ヘッド１５に対するワークＷのＸ，Ｙ軸方向への相対的な移動位置は、例えばサーボモータ２１に備えたパルスエンコーダ等のごとき位置検出手段２３によって常に検出されているものである。

なお、レーザ加工ヘッド１５とワークＷとのＸ，Ｙ軸方向への移動は相対的なものであり、レーザ加工ヘッド１５又はワークＷの一方をＸ，Ｙ軸方向へ移動する構成としてもよく、またレーザ加工ヘッド１５又はワークＷの一方をＸ軸方向へ、他方をＹ軸方向へ移動する構成としてもよいものである。ところで、この種のレーザ加工装置は周知であるから、より詳細な説明は省略する。

さらに前記レーザ加工装置１１には、当該レーザ加工装置１１の制御を行うためのＣＮＣなどのごとき制御装置２５を備えている。この制御装置２５には、入力手段２７から入力されたレーザ加工用の加工プログラムを解析するプログラム解析手段２９が備えられていると共に、上記プログラム解析手段２９の解析に基いて前記レーザ発振器１３、レーザ出力制御手段１４、Ｚ軸モータ１９、サーボモータ２１などの動作を制御するための動作制御手段３１が備えられている。

さらに、前記制御装置２５には、通過検出手段（比較検出手段）３３が備えられている。この通過検出手段３３は、閉曲線によって囲繞された穴をワークＷにレーザ加工するとき、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外の位置をスタート位置としてレーザ加工を開始して、相対的な移動により前記閉曲線位置へレーザ加工ヘッド５が到達した到達位置を、前記閉曲線に沿っての前記レーザ加工ヘッド１５の相対的な移動時に、レーザ加工ヘッド１５が通過したか否かを検知するものである。そして、前記通過を検知してから僅かな時間経過後又は前記到達位置から僅かな距離移動した後に、前記通過検出手段３３は、前記動作制御手段３１に対して指令信号を出力するものである。

前記動作制御手段３１は、前記指令信号が入力されると、前記レーザ出力制御手段１４の動作を制御してレーザ出力をほぼ零又は零にすると共に、前記サーボモータ２１の動作を制御して、閉曲線に沿ってのレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度を非停止状態で制御するものである。すなわち、相対的な移動速度を、減速又は増速するように、或は等速を保持するように制御する。

前記レーザ加工ヘッド１５が前記到達位置を通過してからの前記僅かな時間又は僅かな移動距離は、ワークＷのレーザ加工を開始する前に予め行った試しレーザ加工に基づき記憶手段３５に予め格納してあるデータを利用するものである。なお、記憶手段３５に予め格納する僅かな時間又は僅かな移動距離は、ワークＷの材質、板厚、加工条件等に基いて予め試験を行ったデータや過去の加工実績に基づくデータであることが望ましいものである。

以上のごとき構成において、例えば、図２（Ａ）に示されるように、ワークＷに対して適宜形状の閉曲線４１に沿ってレーザ加工を行う場合、閉曲線４１によって囲繞された領域の部分（切抜き片）４３をスクラップにする場合には、切抜き片４３にレーザ加工のスタート位置Ｐが設定される。なお、前記切抜き片４３を製品にする場合には、スタート位置Ｐは前記閉曲線４１によって囲繞された領域外に設定されるものである。

さて、前記閉曲線４１に沿ってワークＷのレーザ加工を行うための加工プログラムが入力手段２７から制御装置２５に入力されると、当該制御装置２５に備えたプログラム解析手段２９によって加工プログラムの解析が行われ、動作制御手段３１の制御の下にレーザ加工装置１１の各動作部が制御され、予め設定された加工条件でもってスタート位置Ｐからレーザ加工が開始される。そして、レーザ加工が進行し、ワークＷに対する相対的な移動によってレーザ加工ヘッド１５が前記閉曲線４１の位置に到達すると、この到達位置Ｓから閉曲線４１に沿ってレーザ加工が矢印方向に行われるものである。

予め設定された適正加工条件でもって前記閉曲線４１に沿ってのレーザ加工が行われると（前記到達位置Ｓから到達位置Ｓに再び達するまでの途中位置Ｔ）、通過検出手段（比較検出手段）３３によってレーザ加工ヘッド１５が再び前記到達位置Ｓに到達したか否かの検出（検知）が行われる。この検出は、例えば、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド１５を相対的に移動するときの加工プログラムに同一の座標値が含まれているか否かを判別し、指令値が前記到達位置Ｓの座標値と同一の場合に、到達位置Ｓにレーザ加工ヘッド１５が再び到達したこととして検出できるものである。

そして、前記通過検出手段３３によってレーザ加工ヘッド１５が前記到達位置Ｓに到達したことが検出されると、記憶手段３５に予め格納してある僅かな時間又は僅かな移動距離を経過した位置Ｕにおいて加工条件が変更される。すなわち、上記経過位置Ｕにおいて、図２（Ｂ）に示すように、レーザ出力がほぼ零又は零に制御される。すなわちシャッター機構などよりなるレーザ出力制御手段１４が作動されると、レーザ発振器１３から発振されるレーザビームＬＢを遮断する。

また、レーザ加工ヘッド１５が到達位置Ｓから僅かに移動した経過位置Ｕにおいてはサーボモータ２１の回転が非停止状態で適宜に制御されて、ワークＷに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度が所定速度に制御される。さらにアシストガス圧制御手段（図示省略）が制御されて、レーザ加工ヘッド１５からワークＷへ噴出されるアシストガスの圧力が低下される。その後、位置Ｖにおいて相対的な移動速度が減速され、位置Ｅにおいて停止される。

前述したように、前記経過位置Ｕにおいての非停止状態での制御は、経過位置Ｕで停止することなく適宜速度で通過するように制御するものである。この場合、図２（Ｂ）に示すように、僅かに増速することが望ましいものである。すなわち、経過位置Ｕにおいてレーザ出力がほぼ零又は零に制御されるとしても、例えばシャッター機構等によってレーザビームを遮断するとき、レーザ出力が零になるまで微小時間を要するものである。この微小時間においてワークＷにレーザ光が照射される部分は、既にレーザ加工が行われた部分であって２度切りを行うことになる。

この場合、ワークＷに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動が停止されると、前記微小時間にレーザ光が一点に集中して照射されることになるので、停止することは望ましいものではない。したがって、ワークに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度を増速して一点に集中することを回避することが望ましいものである。

ところで、ワークＷのレーザ加工を行う場合、図３に示すように、レーザ加工の進行方向が矢印方向である場合、ワークＷの上面ＷＵの溶融位置（加工位置）Ｐ１に対して下面ＷＬの溶融位置（加工位置）Ｐ２が遅れる傾向にある。したがって、ワークＷの上面ＷＵの加工位置Ｐ１と下面ＷＬの加工位置Ｐ２との間には、レーザ加工の進行方向に差Ｈを生じることになる。

よって、前記閉曲線４１に沿ってレーザ加工を行うとき、レーザ加工ヘッド１５が到達位置Ｓに到達した場合であっても、ワークＷと切抜き片４３はワークＷの下側部分において僅かに連結した状態にあり、経過位置Ｕに達したときにワークＷから切抜き片４３の切断分離が行われるものである。すなわち、前記到達位置Ｓから経過位置Ｕまでの距離は前記差Ｈにほぼ等しいものである。

したがって、ワークＷから切抜き片４３が切断分離されて落下するのとほぼ同時にレーザ出力がほぼ零又は零に制御され、かつワークＷに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度が非停止状態で適宜に制御されるものであるから、ワークＷから落下する切抜き片４３に対してレーザ光ＬＢが照射されるようなことがなく、落下した切抜き片４３の一部を溶融することが抑制されるものである。また、ワークＷからの切抜き片４３の切抜きは一工程のレーザ加工によって行われるもので、閉曲線によって囲繞された穴の加工を能率良く行うことができるものである。

ところで、前述の説明においては、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド１５が相対的に移動し、閉曲線４１に沿ってのレーザ加工時に、到達位置Ｓに到達してこの到達位置Ｓを僅かに通過した後にレーザ出力をほぼ零又は零にすると共に、ワークＷに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度を非停止状態で適宜に制御する旨説明した。

しかし、次のごとき構成とすることも可能である。すなわち、レーザ加工ヘッド１５のノズル先端部１７に備えたギャップセンサによってワークＷと上記ノズル先端部１７とのギャップを常に検出し、ワークＷに穴加工を行うべく閉曲線４１に沿ってレーザ加工を行っているときに、切抜き片４３が落下を開始することにより、ギャップセンサの検出値が通常の検出値の変化範囲に比較して所定値以上に大きく変化したときに、レーザ出力をほぼ零又は零に制御すると共に、ワークＷに対するレーザ加工ヘッド１５の相対的な移動速度を制御することも可能である。このような方法においても前述と同様の効果を奏し得るものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概念的、概略的な説明図である。 穴加工を行う場合の作用説明図である。 レーザ加工時のワークの上面、下面の加工位置のずれ状態を示す説明図である。 従来のレーザ加工による穴加工時の問題点を示す説明図である。

符号の説明

１ ワークテーブル
１１ レーザ加工装置
１４ レーザ出力制御手段
１５ レーザ加工ヘッド
Ｗ ワーク
ＬＢ レーザ光

Claims (5)

1. レーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射すると共にワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動して、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工するレーザ加工方法であって、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置から前記閉曲線に沿ってのレーザ加工を行い、前記到達位置に前記レーザ加工ヘッドが再び到達し前記閉曲線に沿って前記到達位置を前記レーザ加工ヘッドが僅かに通過したときにレーザ出力をほぼ零又は零にすることを特徴とするレーザ加工方法。
2. レーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射すると共にワークに対して前記レーザ加工ヘッドを相対的に移動して、閉曲線によって囲繞された穴をレーザ加工するレーザ加工方法であって、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置から前記閉曲線に沿ってレーザ加工を行い、前記到達位置に前記レーザ加工ヘッドが再び到達し前記閉曲線に沿って前記到達位置を前記レーザ加工ヘッドが通過した後、前記レーザ加工ヘッドに備えたギャップセンサによって検出していたワークとレーザ加工ヘッドとのギャップの検出値が大きく変化したときに、レーザ出力をほぼ零又は零に制御することを特徴とするレーザ加工方法。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工方法において、レーザ出力をほぼ零又は零にするのとほぼ同時にワークに対するレーザ加工ヘッドの相対的な移動速度を非停止状態で制御することを特徴とするレーザ加工方法。
4. レーザ発振器からのレーザ光をワークへ照射するレーザ加工ヘッドと、このレーザ加工ヘッドからワークへ照射されるレーザ光の出力を制御自在のレーザ出力制御手段と、レーザ加工されるワークを支持して前記レーザ加工ヘッドに対し相対的に移動自在のワークテーブルと、閉曲線によって囲繞された穴を前記ワークにレーザ加工する際、前記閉曲線によって囲繞された領域内又は領域外からレーザ加工を開始して前記閉曲線位置へ前記レーザ加工ヘッドが到達した到達位置を、前記閉曲線に沿っての前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動時に、当該レーザ加工ヘッドが通過したか否かを検出する通過検知手段と、この通過検知手段の通過検知により前記レーザ出力制御手段を制御する動作制御手段とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記動作制御手段は、前記通過検知手段の通過検知により前記レーザ加工ヘッドに対する前記ワークテーブルの相対的な移動速度を制御する機能を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。

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