JP2013052400A - レーザ加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させるレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】レーザ加工ノズル４から射出するレーザ光ＬでワークＷを加工する際に、レーザ加工ノズル４からアシストガスＡＧをワークＷの加工部位に吹き付けるレーザ加工方法であって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用と、アシストガスＡＧの吹き付けによって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用と、を利用して、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークＷを加工する。
【選択図】図１
【解決手段】レーザ加工ノズル４から射出するレーザ光ＬでワークＷを加工する際に、レーザ加工ノズル４からアシストガスＡＧをワークＷの加工部位に吹き付けるレーザ加工方法であって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用と、アシストガスＡＧの吹き付けによって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用と、を利用して、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークＷを加工する。
【選択図】図１
Description
本発明は、レーザ加工方法に関する。詳しくは、レーザ加工ノズルから射出するレーザ光でワークを加工する際に、レーザ加工ノズルからアシストガスをワークの加工部位に吹き付けるレーザ加工方法に関する。
従来、レーザ加工ノズルからアシストガスをワークの加工部位に吹き付けながらレーザ加工ノズルから射出するレーザ光でワークを加工することが行われている（例えば、特許文献１参照）。アシストガスは、レーザ光による加工で瞬間的かつ局所的に入熱して溶融したワークの塵等を除去する。
このようなレーザ加工方法においては、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整し、レーザ加工の品質を安定させる必要がある。例えば、特許文献１に記載の技術では、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整するために、レーザ加工ノズルの下部にホルダを設け、下方からワークを弾性部材でホルダに向けて付勢してワークをホルダに押し当てている。これによると、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をホルダの長さに合わせて常にレーザ光の焦点距離に一致させ、レーザ加工の品質を安定させることができるとされている。
このようなレーザ加工方法においては、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整し、レーザ加工の品質を安定させる必要がある。例えば、特許文献１に記載の技術では、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整するために、レーザ加工ノズルの下部にホルダを設け、下方からワークを弾性部材でホルダに向けて付勢してワークをホルダに押し当てている。これによると、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をホルダの長さに合わせて常にレーザ光の焦点距離に一致させ、レーザ加工の品質を安定させることができるとされている。
しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、ワークをホルダに押し当てる必要があるので、高速加工しようとすればワークとホルダとの接触関係を維持したまま高速駆動するための機構が必要であったり、高速加工するとワークの移動時にワークに接触するホルダによってワークに摺動キズがついてしまったりする等、高速加工に適したものではなかった。このような問題のため、ワークをホルダ等に押し当てずにレーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整することが望まれていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させるレーザ加工方法を提供することにある。
本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ加工ノズル（例えば、後述のレーザ加工ノズル４）から射出するレーザ光（例えば、後述のレーザ光Ｌ）でワーク（例えば、後述のワークＷ）を加工する際に、前記レーザ加工ノズルからアシストガス（例えば、後述のアシストガスＡＧ）を前記ワークの加工部位に吹き付けるレーザ加工方法であって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用を利用して、前記ワークを加工することを特徴とする。
本発明によれば、ワークとレーザ加工ノズルとの間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークとレーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用を利用して、ワークを加工する。
よって、ワークとレーザ加工ノズルとの間を、他の部材を介在させないで空隙とする簡単な構成であるにもかかわらず、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって容易に調整することができる。これにより、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整することもできる。
このため、高速加工しようとする場合にワークと他の部材との接触関係を維持したまま高速駆動するための機構は必要なく、ワークを移動させて高速加工する場合にワークに接触する他の部材によってワークに摺動キズがついてしまうこともなく、高速加工に適する。
このように、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させることができる。
よって、ワークとレーザ加工ノズルとの間を、他の部材を介在させないで空隙とする簡単な構成であるにもかかわらず、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって容易に調整することができる。これにより、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をレーザ光の焦点距離に調整することもできる。
このため、高速加工しようとする場合にワークと他の部材との接触関係を維持したまま高速駆動するための機構は必要なく、ワークを移動させて高速加工する場合にワークに接触する他の部材によってワークに摺動キズがついてしまうこともなく、高速加工に適する。
このように、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させることができる。
前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用と、アシストガスの吹き付けによって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用と、を利用して、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの間の距離を一定の範囲内に保ちながら前記ワークを加工するとよい。
本発明によれば、一方で、ワークとレーザ加工ノズルとの間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークとレーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用を発揮することができる。また他方で、アシストガスの吹き付けによって、ワークとレーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用を発揮することができる。この両者の作用によって、ワークとレーザ加工ノズルとの間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークを加工する。
よって、ワークとレーザ加工ノズルとの間を、他の部材を介在させないで空隙とする簡単な構成であるにもかかわらず、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧とアシストガスの吹き付けとによって容易に調整することができる。これにより、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を一定の範囲内に保ち、その距離をレーザ光の焦点距離に調整することができる。よって、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を調整するためのセンサが必要なく、またラフなティーチングで十分足りる。このため、高速加工しようとする場合にワークと他の部材との接触関係を維持したまま高速駆動するための機構は必要なく、ワークを移動させて高速加工する場合にワークに接触する他の部材によってワークに摺動キズがついてしまうこともなく、高速加工に適する。
このように、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させることができる。
よって、ワークとレーザ加工ノズルとの間を、他の部材を介在させないで空隙とする簡単な構成であるにもかかわらず、レーザ加工ノズルからワークまでの距離をアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧とアシストガスの吹き付けとによって容易に調整することができる。これにより、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を一定の範囲内に保ち、その距離をレーザ光の焦点距離に調整することができる。よって、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を調整するためのセンサが必要なく、またラフなティーチングで十分足りる。このため、高速加工しようとする場合にワークと他の部材との接触関係を維持したまま高速駆動するための機構は必要なく、ワークを移動させて高速加工する場合にワークに接触する他の部材によってワークに摺動キズがついてしまうこともなく、高速加工に適する。
このように、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させることができる。
本発明によれば、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズルからワークまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させるレーザ加工方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るレーザ加工システム１を示す概略構成図である。
図１に示すように、レーザ加工システム１は、板状のワークＷをレーザ光Ｌによって加工するためのものであり、多関節ロボット２と、多関節ロボット２の先端にエンドエフェクタとして設けられたレーザ加工ツール３と、全体を統括的に制御する不図示のコントローラと、を備える。
多関節ロボット２は、いわゆる産業用ロボットであって、独立的な多軸を有し、移動範囲内でレーザ加工ツール３を任意の位置及び向きに設定することができる。
レーザ加工ツール３は、ワークＷに向けてレーザ光Ｌを射出すると共にアシストガスＡＧを噴出するレーザ加工ノズル４を有するヘッド部５と、ヘッド部５を微小な力で浮沈可能に吊り下げるスプリング６と、スプリング６を固定するベース部７と、を備える。ヘッド部５には、レーザ光Ｌを出力するための電力及びアシストガスＡＧを供給するためのケーブル８が接続されている。このような構成のレーザ加工ツール３は、後述するワークＷとレーザ加工ノズル４との間の拡径方向に流れるアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧やレーザ加工ノズル４からワークＷへのアシストガスＡＧの吹き付けによって生じる作用で、ヘッド部５をワークＷに対して進退方向に移動可能に保持している。つまり、レーザ加工ノズル４を有するヘッド部５は、スプリング６等の付勢部材を介することで、自重よりも微小な力で浮沈可能にフローティングして保持されている。
図１は、本実施形態に係るレーザ加工システム１を示す概略構成図である。
図１に示すように、レーザ加工システム１は、板状のワークＷをレーザ光Ｌによって加工するためのものであり、多関節ロボット２と、多関節ロボット２の先端にエンドエフェクタとして設けられたレーザ加工ツール３と、全体を統括的に制御する不図示のコントローラと、を備える。
多関節ロボット２は、いわゆる産業用ロボットであって、独立的な多軸を有し、移動範囲内でレーザ加工ツール３を任意の位置及び向きに設定することができる。
レーザ加工ツール３は、ワークＷに向けてレーザ光Ｌを射出すると共にアシストガスＡＧを噴出するレーザ加工ノズル４を有するヘッド部５と、ヘッド部５を微小な力で浮沈可能に吊り下げるスプリング６と、スプリング６を固定するベース部７と、を備える。ヘッド部５には、レーザ光Ｌを出力するための電力及びアシストガスＡＧを供給するためのケーブル８が接続されている。このような構成のレーザ加工ツール３は、後述するワークＷとレーザ加工ノズル４との間の拡径方向に流れるアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧やレーザ加工ノズル４からワークＷへのアシストガスＡＧの吹き付けによって生じる作用で、ヘッド部５をワークＷに対して進退方向に移動可能に保持している。つまり、レーザ加工ノズル４を有するヘッド部５は、スプリング６等の付勢部材を介することで、自重よりも微小な力で浮沈可能にフローティングして保持されている。
レーザ加工ツール３のヘッド部５は、内部が中空の円筒形状である。ヘッド部５の中空内部には、上方の後端側に不図示のレーザ発振器が設けられている。ケーブル８から電力が供給されたレーザ発振器から出力されるレーザ光Ｌは、ヘッド部５の中空内部をその中心軸線に沿って直進する。また、ヘッド部５の中空内部には、ケーブル８からアシストガスＡＧが導入される。
図２は、本実施形態に係るレーザ加工ノズル４及びワークＷの加工部位周辺の概要を示す図である。
ヘッド部５のワークＷに対向する下方の先端には、図２に示すようなレーザ加工ノズル４が取り付けられる。レーザ加工ノズル４は、逆円錐形の中空内部を有しており、その中空内部はヘッド部５と同一の中心軸線上の先端で開口４１となっている。レーザ加工ノズル４は、開口４１の中心からは中心軸に沿って直進してきたレーザ光Ｌを射出すると共にその周りからアシストガスＡＧを噴出する。レーザ加工ノズル４の逆円錐形の中空内部は、アシストガスＡＧの流路断面積を徐々に絞ってアシストガスＡＧの流速を速めている。
レーザ加工ノズル４の開口４１を有する先端部には、ワークＷに対向する先端対向面４２が中心軸に対して直交する平面状に形成されている。レーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２は、後述するワークＷとレーザ加工ノズル４との間の拡径方向へ流れるアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧を発生させるために、予め設定された所定の面積を有する。
図２は、本実施形態に係るレーザ加工ノズル４及びワークＷの加工部位周辺の概要を示す図である。
ヘッド部５のワークＷに対向する下方の先端には、図２に示すようなレーザ加工ノズル４が取り付けられる。レーザ加工ノズル４は、逆円錐形の中空内部を有しており、その中空内部はヘッド部５と同一の中心軸線上の先端で開口４１となっている。レーザ加工ノズル４は、開口４１の中心からは中心軸に沿って直進してきたレーザ光Ｌを射出すると共にその周りからアシストガスＡＧを噴出する。レーザ加工ノズル４の逆円錐形の中空内部は、アシストガスＡＧの流路断面積を徐々に絞ってアシストガスＡＧの流速を速めている。
レーザ加工ノズル４の開口４１を有する先端部には、ワークＷに対向する先端対向面４２が中心軸に対して直交する平面状に形成されている。レーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２は、後述するワークＷとレーザ加工ノズル４との間の拡径方向へ流れるアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧を発生させるために、予め設定された所定の面積を有する。
以上の構成のレーザ加工システム１では、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ヘッド部５のレーザ加工ノズル４から射出したレーザ光Ｌを当てると共にヘッド部５のレーザ加工ノズル４から噴出させたアシストガスＡＧを吹き付けてレーザ加工を行う。
ここで、多関節ロボット２は、レーザ加工中において、ヘッド部５のワークＷに対する距離を厳密に設定するものではない。しかしながら、レーザ加工ノズル４から射出されるレーザ光Ｌは焦点距離が合っていないと、ワークＷを加工することができない。
このため、本実施形態では、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の吹き付け方向とは直交する拡径方向に流れるアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用と、レーザ加工ノズル４からワークＷに向かうアシストガスＡＧの吹き付けによって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用と、を利用して、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークＷを加工する。
このため、本実施形態では、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の吹き付け方向とは直交する拡径方向に流れるアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用と、レーザ加工ノズル４からワークＷに向かうアシストガスＡＧの吹き付けによって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用と、を利用して、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークＷを加工する。
ここで、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧とは、図２に示すように、ワークＷとレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２との間の隙間に中心部から外径側へ拡径方向にアシストガス流が流れると、静圧が低下するベルヌーイ効果が起こり、その結果、大気圧との差による負圧が生じ、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる働きを生じさせるものである。
この負圧を生じさせるためには、アシストガスＡＧの流速及びレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２の面積を、ワークＷとレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２との間の距離を後述の一定の範囲内に保つように設定する必要がある。
この負圧を生じさせるためには、アシストガスＡＧの流速及びレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２の面積を、ワークＷとレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２との間の距離を後述の一定の範囲内に保つように設定する必要がある。
また、アシストガスＡＧの吹き付けとは、図２に示すように、レーザ加工ノズル４の先端部の開口４１から下方へ噴出するアシストガスＡＧのワークＷへの吹き付けを指し、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す働きを生じさせるものである。
これら、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスの吹き付けによる作用とは、互いに逆向きに働くので、両者の作用がバランスしている範囲では、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。
例えば、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が一定の範囲内で広がると、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用が弱まり、ベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働くので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が狭まって行く。また、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が一定の範囲内で狭まると、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用が強まり、ベルヌーイ効果による負圧による作用が弱く働くので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が広がって行く。これにより、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。
よって、この一定の範囲内に保つことができるワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を、レーザ光Ｌの焦点距離と一致させるように、予めレーザ光Ｌの焦点距離を調整しておく。これにより、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つと、その距離がレーザ光Ｌの焦点距離となるので、ワークＷの加工を容易に行うことができる。
なお、上記では、一定の範囲内に保つことができるワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を、レーザ光Ｌの焦点距離と一致させるように、予めレーザ光Ｌの焦点距離を調整するとした。しかし反対に、一定の範囲内に保つことができるワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離における一定の範囲を、アシストガスＡＧの流速及びレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２の面積を調整して設定するものでもよい。
例えば、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が一定の範囲内で広がると、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用が弱まり、ベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働くので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が狭まって行く。また、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が一定の範囲内で狭まると、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用が強まり、ベルヌーイ効果による負圧による作用が弱く働くので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離が広がって行く。これにより、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。
よって、この一定の範囲内に保つことができるワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を、レーザ光Ｌの焦点距離と一致させるように、予めレーザ光Ｌの焦点距離を調整しておく。これにより、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つと、その距離がレーザ光Ｌの焦点距離となるので、ワークＷの加工を容易に行うことができる。
なお、上記では、一定の範囲内に保つことができるワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を、レーザ光Ｌの焦点距離と一致させるように、予めレーザ光Ｌの焦点距離を調整するとした。しかし反対に、一定の範囲内に保つことができるワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離における一定の範囲を、アシストガスＡＧの流速及びレーザ加工ノズル４の平面状の先端対向面４２の面積を調整して設定するものでもよい。
本実施形態において、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離は、主に２通りの方法で一定の範囲内に保たれる。以下にそれぞれ説明する。
図３は、本実施形態に係るヘッド部５がフローティングする場合を示す図である。
ワークＷに硬い材料や厚い材料等が用いられ、波打っているワークＷの剛性が高い場合には、図３に示すようにヘッド部５がフローティングする。ヘッド部５がフローティングする場合には、剛性の高いワークＷの波打ち形状に合わせて、スプリング６によって吊り下げることでフローティングしたヘッド部５を浮沈させて、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つ。例えば、ワークＷが上に凸になっていると、ヘッド部５にはレーザ加工ノズル４から噴出するアシストガスの吹き付けによる作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷから離れるよう浮き上がる。ワークＷが下に凹んでいると、ヘッド部５にはベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷに近づくよう沈み込む。つまり、ヘッド部フローティング手法は、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つために、ヘッド部５を浮沈させてワークＷの形状に追従させる。
これは、ワークＷの剛性が高くワークＷが変形できない場合には、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスの吹き付けによる作用とがワークＷ及びヘッド部５に働くと、スプリング６によって吊り下げられたヘッド部５のみを浮沈させることになるためである。
以上のようにヘッド部５がフローティングする場合には、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ワークＷの形状に追従させてヘッド部５を浮沈させるので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。よって、一定の範囲内に保つワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離がレーザ光Ｌの焦点距離であるので、ワークＷの加工を容易に行うことができ、レーザ加工の品質を安定させることができる。
ワークＷに硬い材料や厚い材料等が用いられ、波打っているワークＷの剛性が高い場合には、図３に示すようにヘッド部５がフローティングする。ヘッド部５がフローティングする場合には、剛性の高いワークＷの波打ち形状に合わせて、スプリング６によって吊り下げることでフローティングしたヘッド部５を浮沈させて、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つ。例えば、ワークＷが上に凸になっていると、ヘッド部５にはレーザ加工ノズル４から噴出するアシストガスの吹き付けによる作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷから離れるよう浮き上がる。ワークＷが下に凹んでいると、ヘッド部５にはベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷに近づくよう沈み込む。つまり、ヘッド部フローティング手法は、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つために、ヘッド部５を浮沈させてワークＷの形状に追従させる。
これは、ワークＷの剛性が高くワークＷが変形できない場合には、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスの吹き付けによる作用とがワークＷ及びヘッド部５に働くと、スプリング６によって吊り下げられたヘッド部５のみを浮沈させることになるためである。
以上のようにヘッド部５がフローティングする場合には、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ワークＷの形状に追従させてヘッド部５を浮沈させるので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。よって、一定の範囲内に保つワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離がレーザ光Ｌの焦点距離であるので、ワークＷの加工を容易に行うことができ、レーザ加工の品質を安定させることができる。
図４は、本実施形態に係るワークが変形する場合を示す図である。なお、図４に示す破線のワークＷは、載置台上に載置等された波打った変形前の状態を示す。実線のワークＷは、均された変形後の状態を示す。
ワークＷに軟らかい材料や薄い材料等が用いられ、波打っているワークＷの剛性が低い場合には、図４に示すようにワークが変形する。ワークが変形する場合には、ヘッド部５に合わせて、剛性の低いワークＷの波打ち形状を変形させて、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つ。例えば、ワークＷが上に凸になっていると、ワークＷにアシストガスＡＧの吹き付けによる作用が強く働き、凸状のワークＷがヘッド部５から離れるよう下に押し下げられる変形をする。ワークＷが下に凹んでいると、ワークＷにベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働き、凹状のワークＷがヘッド部５に近づくよう吸着され上に持ち上げられる変形をする。つまり、ワークが変形する場合には、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つために、ワークＷを変形させてヘッド部５に追従させる。
これは、ワークＷの剛性が低くワークＷが変形する場合には、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用とがワークＷ及びヘッド部５に働くと、スプリング６によって吊り下げられたヘッド部５を浮沈させる前に、ワークＷが変形することになるためである。
以上のようにワークが変形する場合には、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ヘッド部５に追従させてワークＷの形状を変形させるので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。よって、一定の範囲内に保つワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離がレーザ光Ｌの焦点距離であるので、ワークＷの加工を容易に行うことができ、レーザ加工の品質を安定させることができる。
ワークＷに軟らかい材料や薄い材料等が用いられ、波打っているワークＷの剛性が低い場合には、図４に示すようにワークが変形する。ワークが変形する場合には、ヘッド部５に合わせて、剛性の低いワークＷの波打ち形状を変形させて、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つ。例えば、ワークＷが上に凸になっていると、ワークＷにアシストガスＡＧの吹き付けによる作用が強く働き、凸状のワークＷがヘッド部５から離れるよう下に押し下げられる変形をする。ワークＷが下に凹んでいると、ワークＷにベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働き、凹状のワークＷがヘッド部５に近づくよう吸着され上に持ち上げられる変形をする。つまり、ワークが変形する場合には、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つために、ワークＷを変形させてヘッド部５に追従させる。
これは、ワークＷの剛性が低くワークＷが変形する場合には、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用とがワークＷ及びヘッド部５に働くと、スプリング６によって吊り下げられたヘッド部５を浮沈させる前に、ワークＷが変形することになるためである。
以上のようにワークが変形する場合には、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ヘッド部５に追従させてワークＷの形状を変形させるので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。よって、一定の範囲内に保つワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離がレーザ光Ｌの焦点距離であるので、ワークＷの加工を容易に行うことができ、レーザ加工の品質を安定させることができる。
なお、ヘッド部５がフローティングする場合とワークが変形する場合とは、いずれか一方のみが行われるだけでなく、両方が組み合わさって行われる場合もある。
例えば、ワークＷに硬度的に中間の材料や厚みが中間の材料等が用いられ、波打っているワークＷの剛性が中程度の場合には、ヘッド部がフローティングしつつ、ワークが変形する。すなわち、この場合には、スプリング６によって吊り下げることでフローティングしたヘッド部５を浮沈させると同時にワークＷの波打ち形状を変形させて、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つ。例えば、ワークＷが上に凸になっていると、ヘッド部５及びワークＷの両者にアシストガスＡＧの吹き付けによる作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷから離れるよう浮き上がると同時に凸状のワークＷがヘッド部５から離れるよう下に押し下げられる変形をする。ワークＷが下に凹んでいると、ヘッド部５及びワークＷの両者にベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷに近づくよう沈み込むと同時に凹状のワークＷがヘッド部５に近づくよう吸着されて上に持ち上げられる変形をする。つまり、この場合は、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つために、ヘッド部５を浮沈させると同時にワークＷを変形させる。
これは、ワークＷの剛性が中程度でワークＷが不完全に変形する場合には、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用とがワークＷ及びヘッド部５に作用すると、スプリング６によって吊り下げられたヘッド部５を浮沈させるのと同時にワークＷが変形することになるためである。
以上のようにこの場合には、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ヘッド部５を浮沈させるのと同時にワークＷの形状を変形させるので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。よって、一定の範囲内に保つワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離がレーザ光Ｌの焦点距離であるので、ワークＷの加工を容易に行うことができ、レーザ加工の品質を安定させることができる。
例えば、ワークＷに硬度的に中間の材料や厚みが中間の材料等が用いられ、波打っているワークＷの剛性が中程度の場合には、ヘッド部がフローティングしつつ、ワークが変形する。すなわち、この場合には、スプリング６によって吊り下げることでフローティングしたヘッド部５を浮沈させると同時にワークＷの波打ち形状を変形させて、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つ。例えば、ワークＷが上に凸になっていると、ヘッド部５及びワークＷの両者にアシストガスＡＧの吹き付けによる作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷから離れるよう浮き上がると同時に凸状のワークＷがヘッド部５から離れるよう下に押し下げられる変形をする。ワークＷが下に凹んでいると、ヘッド部５及びワークＷの両者にベルヌーイ効果による負圧による作用が強く働き、ヘッド部５がワークＷに近づくよう沈み込むと同時に凹状のワークＷがヘッド部５に近づくよう吸着されて上に持ち上げられる変形をする。つまり、この場合は、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つために、ヘッド部５を浮沈させると同時にワークＷを変形させる。
これは、ワークＷの剛性が中程度でワークＷが不完全に変形する場合には、ベルヌーイ効果による負圧による作用と、アシストガスＡＧの吹き付けによる作用とがワークＷ及びヘッド部５に作用すると、スプリング６によって吊り下げられたヘッド部５を浮沈させるのと同時にワークＷが変形することになるためである。
以上のようにこの場合には、載置台上に載置等されたワークＷに対し、多関節ロボット２によってヘッド部５をある程度の距離に近づけた状態を維持し、ヘッド部５を浮沈させるのと同時にワークＷの形状を変形させるので、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保つことができる。よって、一定の範囲内に保つワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離がレーザ光Ｌの焦点距離であるので、ワークＷの加工を容易に行うことができ、レーザ加工の品質を安定させることができる。
上記のように、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離は、上記の方法で一定の範囲内に保たれる。ここで上記では、ワークＷの剛性の度合いによって、ヘッド部５がフローティングする場合やワークが変形する場合が異なっていた。しかしこれに限られず、他の種々の要因によって、ヘッド部５がフローティングする場合やワークが変形する場合が異なることもある。例えば、ワークＷの把持の方法、ワークＷの大きさや重さが考えられる。
本実施形態に係るレーザ加工システム１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、一方で、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用を発揮することができる。また他方で、アシストガスＡＧの吹き付けによって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用を発揮することができる。この両者の作用によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークＷを加工する。
よって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間を、他の部材を介在させないで空隙とする簡単な構成であるにもかかわらず、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離をアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧とアシストガスＡＧの吹き付けとによって容易に調整することができる。これにより、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離を一定の範囲内に保ち、その距離をレーザ光Ｌの焦点距離に調整することができる。よって、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離を調整するためのセンサが必要なく、またラフなティーチングで十分足りる。このため、高速加工しようとする場合にワークＷと他の部材との接触関係を維持したまま高速駆動するための機構は必要なく、ワークＷを移動させて高速加工する場合にワークＷに接触する他の部材によってワークＷに摺動キズがついてしまうこともなく、高速加工に適する。
このように、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させることができる。
本実施形態によれば、一方で、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用を発揮することができる。また他方で、アシストガスＡＧの吹き付けによって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用を発揮することができる。この両者の作用によって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間の距離を一定の範囲内に保ちながらワークＷを加工する。
よって、ワークＷとレーザ加工ノズル４との間を、他の部材を介在させないで空隙とする簡単な構成であるにもかかわらず、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離をアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧とアシストガスＡＧの吹き付けとによって容易に調整することができる。これにより、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離を一定の範囲内に保ち、その距離をレーザ光Ｌの焦点距離に調整することができる。よって、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離を調整するためのセンサが必要なく、またラフなティーチングで十分足りる。このため、高速加工しようとする場合にワークＷと他の部材との接触関係を維持したまま高速駆動するための機構は必要なく、ワークＷを移動させて高速加工する場合にワークＷに接触する他の部材によってワークＷに摺動キズがついてしまうこともなく、高速加工に適する。
このように、高速加工をも可能とする簡単な構成で、レーザ加工ノズル４からワークＷまでの距離を容易に調整可能とし、レーザ加工の品質を安定させることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成することができる範囲で変形、改良等を行っても、本発明の範囲に包含されるものである。
１…レーザ加工システム
２…多関節ロボット
３…レーザ加工ツール
４…レーザ加工ノズル
４１…開口
４２…先端対向面
５…ヘッド部
６…スプリング
７…ベース部
８…ケーブル
Ｌ…レーザ光
ＡＧ…アシストガス
Ｗ…ワーク
２…多関節ロボット
３…レーザ加工ツール
４…レーザ加工ノズル
４１…開口
４２…先端対向面
５…ヘッド部
６…スプリング
７…ベース部
８…ケーブル
Ｌ…レーザ光
ＡＧ…アシストガス
Ｗ…ワーク
Claims (2)
- レーザ加工ノズルから射出するレーザ光でワークを加工する際に、前記レーザ加工ノズルからアシストガスを前記ワークの加工部位に吹き付けるレーザ加工方法であって、
前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用を利用して、前記ワークを加工することを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの間のアシストガス流のベルヌーイ効果による負圧によって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を近づける方向に引き寄せる作用と、
アシストガスの吹き付けによって、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの少なくとも一方を、両者を遠ざける方向に引き離す作用と、
を利用して、前記ワークと前記レーザ加工ノズルとの間の距離を一定の範囲内に保ちながら前記ワークを加工することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011190415A JP2013052400A (ja) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | レーザ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011190415A JP2013052400A (ja) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | レーザ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013052400A true JP2013052400A (ja) | 2013-03-21 |
Family
ID=48129869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011190415A Pending JP2013052400A (ja) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013052400A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016051132A1 (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | M-Solv Ltd. | Bernoulli process head |
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2011
- 2011-09-01 JP JP2011190415A patent/JP2013052400A/ja active Pending
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