JP2015091592A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ切断加工において、レーザ切断加工時の熱伝導による蓄熱の影響を少なくして精度のよい加工を行うことのできるレーザ切断加工方法及び装置を提供する。【解決手段】板状のワークのレーザ切断加工方法であって、ワークに対してレーザ切断加工を継続して連続的に、又はレーザ切断加工位置を変更してレーザ切断加工を間欠的に行うに当り、レーザ切断加工時の熱が蓄熱された位置へ冷媒としての水を噴射して、上記蓄熱位置を冷却した後、当該冷却部のレーザ切断加工を行う。この場合、冷媒を噴射して冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工方向が変化するエッジ部である。また、冷媒を噴射して冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工の加工経路とワークの端縁部とが近接した位置である。【選択図】図３

Description

本発明は、板状のワークのレーザ切断を行うレーザ切断加工方法及び装置に係り、さらに詳細には、ワークのレーザ切断加工時の熱が蓄熱されてバーニングを生じることや、加工精度が低下することを防止するために、蓄熱位置を予め冷却してからレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法及び装置に関する。

板状のワークにレーザ切断加工を行うとき、レーザ切断加工方向が変化するエッジ部においては、エッジ部を曲がった部分の内側にバーニングを生じることが知られている（例えば特許文献１参照）。また、例えば複数列、複数行に配置した穴をレーザ切断加工しようとすると、複数列又は複数行の穴をレーザ切断加工した後に、さらにレーザ切断加工する場合、前工程のレーザ切断加工時の蓄熱に起因して、バーニングを生じることや、レーザ切断加工精度を低下することがある。

そこで、レーザ切断加工位置付近の温度を検出する温度センサと、冷却水をレーザ切断加工位置付近へ噴射するノズルとをレーザ加工ヘッドに備え、前記温度センサが検出した検出値が、予め設定した設定値を越えたときに、前記ノズルから冷却水を噴射してレーザ加工位置付近を冷却することが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０００−５２０８１号公報 特開平５−１５４６７４号公報

前記特許文献１，２に記載の構成は、レーザ光をワークに照射してワークのレーザ切断加工を行う際に、レーザ光の照射位置に近接した周囲の溶損を生じ易い範囲及びその周囲近辺を冷却するものである。この場合、レーザ切断加工位置には、当該レーザ切断加工位置から僅かに離れた位置の前工程におけるレーザ切断加工時の熱が熱伝導によって蓄熱されている。そして、当該レーザ切断加工位置における今回のレーザ切断加工によって、新たにレーザ切断加工用の熱が追加されることになる。

したがって、前記特許文献１，２に記載のごとく、レーザ切断加工位置付近へ水を噴射して冷却する場合であっても、ワークが充分に冷却される前にレーザ切断加工が行われることとなり、レーザ切断加工における加工精度の向上を図る上において、さらなる改善が望まれていた。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、板状のワークのレーザ切断加工方法であって、ワークに対してレーザ切断加工を継続して連続的に、又はレーザ切断加工位置を変更してレーザ切断加工を間欠的に行うに当り、レーザ切断加工時の熱が熱伝導によって蓄熱された位置へ冷媒としての水を予め噴射して、上記蓄熱位置を予め冷却した後、当該冷却部のレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。

また、前記レーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工方向が変化するエッジ部であることを特徴とするものである。

また、前記レーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工の加工経路とワークの端縁部とが近接した位置であることを特徴とするものである。

また、レーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工の加工経路が近接した位置であることを特徴とするものである。

また、レーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して強制的に冷却する位置は、レーザ切断加工を間欠的に行う場合であって、前回のレーザ切断加工位置と次回のレーザ切断加工位置とが近接した位置であることを特徴とするものである。

また、前記レーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工の進行方向の前側の位置であることを特徴とするものである。

また、状のワークのレーザ切断加工方法であって、ワーク全体に対して冷却水を掛けて予めワーク全体を冷却した後にワークのレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。

また、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光をワークへ照射するレーザ加工ヘッドと、ワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動位置決めする複数のサーボモータと、ワークを冷却するための冷媒としての水を噴射する冷媒噴射手段と、前記レーザ発振器、サーボモータ及び冷媒噴射手段を制御する制御装置とを備えたレーザ切断加工装置であって、前記制御装置は、板状のワークのレーザ切断加工を行うレーザ切断加工プログラムを格納した加工プログラム格納手段と、前記レーザ切断加工プログラムに対応して冷媒を噴射する位置を予めプログラムした冷媒噴射プログラムを格納した噴射プログラム格納手段と、前記レーザ切断加工プログラムに従って前記レーザ発振器の駆動動作を制御する発振器駆動動作制御手段と、ワークに対するレーザ加工ヘッドの相対的な移動動作を制御する加工ヘッド動作制御手段と、前記冷媒噴射プログラムに従って前記冷媒噴射手段の動作を制御する冷媒噴射制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ切断加工装置において、前記制御装置は、前記レーザ切断加工プログラムに基づいて冷媒噴射プログラムを作成するためのプログラム作成手段を備え、このプログラム作成手段は、レーザ切断加工プログラムを先読みする先読み手段と、先読みしたレーザ切断加工プログラムの加工経路を解析する経路解析手段と、当該経路解析手段によって解析された加工経路からレーザ切断加工時の熱が蓄熱される位置を演算する蓄熱位置演算手段とを備え、かつ前記制御装置に、冷媒を噴射する位置の位置条件を予め格納した冷媒噴射位置条件テーブルを備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ切断加工装置において、前記冷媒噴射位置条件テーブルは、加工経路にエッジが含まれる場合のエッジ条件、又は加工経路とワーク端縁とが近接している場合の端縁近接条件、又は加工経路が互に近接している場合の加工経路近接条件、又は加工位置が近接している場合の加工位置近接条件、又はレーザ切断加工がジグザグに進行する場合のジグザグ進行条件の少なくとも１つの条件を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ切断加工装置を使用して板状のワークのレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法であって、ワークのレーザ切断加工を行う前に、前記レーザ切断加工プログラムに基いてワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的に移動しつつワーク上面に水を噴射し、ワーク上面の所望位置又はワーク上面のほぼ全面を予め冷却した状態又は水を噴射した位置に水を予め貯留した状態においてレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、前工程のレーザ加工位置からの熱伝導等によって蓄熱された位置へ水を噴射して予め強制的に冷却するものである。そして、冷却した後にレーザ切断加工を行うものであるから、ワークの蓄熱に起因する熱影響を抑制することができ、レーザ切断加工の精度向上を図ることができるものである。

レーザ切断加工時に、レーザ切断加工時の熱伝導によって蓄熱が生じて冷却を必要とする蓄熱位置の説明図である。 レーザ切断加工をジグザグに行う場合においてバーニングが生じた説明図である。 本発明の実施形態に係るレーザ切断加工装置の構成を概念的、概略的に示す機能ブロック図の説明図である。

図１（Ａ）を参照するに、板状のワークＷにレーザ光を照射してワークＷの切断加工を行うと、ワークＷには切断溝Ｃが形成される。また前記レーザ光の照射位置ＬＰに近接した周囲には、レーザ切断加工位置へ照射したレーザ光の熱影響が大きく溶損を生じ易い範囲（以下、高温熱影響部と称す）Ｈの移動軌跡として前記切断溝Ｃの両側に熱影響部ＨＭが生じる。

ところで、図１（Ａ）に示すように、レーザ切断加工が矢印Ａ方向に継続して連続的に進行して、すなわち一筆書き的にレーザ切断加工を行う。この際、ワークＷの切断縁にエッジ部を生じるべく、コーナ位置ＣＥにおいて矢印Ｂ方向にレーザ切断加工方向を変更（変化）すると、矢印Ａ方向に進行していた高温熱影響部Ｈと、コーナ位置ＣＥから矢印Ｂ方向へ進行する高温熱影響部Ｈとが、前記コーナ位置ＣＥの内側の部分Ｉで重なることになる。そして、前記内側部分Ｉは、矢印Ａ方向に進行するレーザ切断加工時に熱の伝導によって、レーザ光の照射位置ＬＰがコーナ位置ＣＥに達する前に、既に蓄熱された状態にある。

したがって、前記内側部分Ｉは、蓄熱された状態にあるところに、矢印Ａ，Ｂ方向に切断方向が変更される際の高温熱影響部Ｈが重合されるものであるから、異常高温となり、前記特許文献１に記載されているように、内側部分Ｉからバーニングを生じ易いものである。

ところで、例えば特開昭５８−２３５９０号公報や特開平１０−３２８８７９号公報に記載されているように、レーザ加工位置の周囲に、レーザ加工ヘッドに備えた冷却ノズルから冷媒としての冷却水を噴出してレーザ切断加工を行う場合や冷却水の噴射量が多い場合には、前記バーニングは抑制されるものである。しかし、冷却水を噴射することなくレーザ切断加工を行う場合や冷却水の噴射量が少ない場合には、前記バーニングを生じ易いものである。

そこで、本実施形態においては、ワークＷに対して水を噴射することなくレーザ切断加工を行う場合や冷却水の噴射量が少ない場合であって、レーザ光の照射位置ＬＰ、換言すればレーザ切断加工位置と前記コーナ位置ＣＥとの間の距離ＬＡが、予め設定した設定値になると、前記コーナ位置ＣＥへ冷媒としての冷却水を予め噴射して、コーナ位置ＣＥを予め冷却した後にコーナ位置ＣＥへレーザ切断加工を進行するものである。したがって、本実施形態によれば、前述したごとき問題が解消されるものである。

すなわち、本実施形態によれば、レーザ切断加工方向の前側であって、前工程におけるレーザ切断加工時の熱伝導によって蓄熱された蓄熱位置（例えば前記特開平１０−３２８８７９号に記載において冷却ノズルからレーザ加工位置の周囲に冷却水を噴射する範囲の外側の位置）へ水を予め噴射して強制的に冷却した後に、当該冷却位置のレーザ切断加工を行うものである。なお、レーザ加工ヘッドに備えた冷却ノズルからの水の噴射（噴出）範囲外の蓄熱位置へ予め水を噴射する方法としては、レーザ光の照射を一時停止して、レーザ加工ヘッドに備えた冷却ノズルから水を噴射しつつレーザ加工ヘッドの進行を進めることによって行う。または、レーザ加工ヘッドに常に先行する冷却ノズルを備え、この冷却ノズルから水を噴出してもよいものである。

次に、図１（Ｂ）に示すように、適宜形状、寸法の複数の穴ＨＯを、ワークＷに対して複数行、複数列配置する。この場合、上記各穴ＨＯは、個別にレーザ切断加工を間欠的（断続的）に行うことになる。上記構成において、複数の穴ＨＯを各行又は各列毎にレーザ切断加工を行うことにより、レーザ切断加工は、図１（Ｂ）に示す矢印Ａのごとくジグザクに進行されることになる。又は、各行或は各列に沿ってレーザ加工ヘッドを一方向へ繰り返し移動して各穴ＨＯのレーザ切断加工を行うことになる。この場合、隣接した穴ＨＯを次々にレーザ切断加工を行うと、レーザ切断加工の進行方向の前側に蓄熱を生じ、穴ＨＯの形状、寸法の加工精度が低下することがある。

また、上述のごときレーザ切断加工においては、各行毎に順次レーザ切断加工を行うと、レーザ切断加工時の熱伝導によって、行の後半側位置ＬＦ（レーザ切断加工の前側、すなわちレーザ切断加工が次第に進行する進行方向の前側）の蓄熱が次第に大きくなり、後半側位置ＬＦの穴ＨＯのレーザ切断加工を行うときに、バーニングを生じることがある。

したがって、本実施形態においては、適数の穴ＨＯのレーザ切断加工を行った後、隣接した次の穴ＨＯのレーザ切断加工を行うとき、当該次の穴ＨＯのレーザ切断加工位置へ水を噴射して、次のレーザ加工位置を予め強制的に冷却するものである。よって、前工程におけるレーザ切断加工によって蓄熱される傾向にある蓄熱を防止でき、ワークＷを予め冷却した状態でもってレーザ切断加工を行うことができるものである。

すなわち、蓄熱された位置を水によって予め冷却して穴ＨＯのレーザ切断加工を行うものであるから、穴ＨＯの形状、寸法を高精度に加工することができるものである。

ところで、各穴ＨＯのレーザ切断加工を行う前に各穴ＨＯの加工毎に各穴の加工位置へ冷却水をその都度噴射することに代えて、ワーク全体に対して冷却水を掛けて、すなわちワークＷの上面の全面に冷却水を予め噴射して、例えばワーク上面に冷却水を貯留した状態とするなど、ワーク全体を予め冷却することも可能である。この場合、後半側位置ＬＦは、ワーク上面に貯留されている冷却水によって冷却されることとなり、後半側位置ＬＦへの蓄熱が抑制されるものである。したがって、ワークＷの後半側位置ＬＦの熱変形が抑制されることとなり、レーザ切断加工の加工精度が向上するものである。

図１（Ｃ）に示すように、ワークＷのレーザ切断加工を連続的に行う場合、レーザ切断加工の経路ＲとワークＷの端縁ＷＥとの間の寸法が所定寸法以下、例えば前記高温熱影響部Ｈの半径以下に小さくなると、ワークＷの周辺への熱伝導が抑制されて、前記近接位置Ｎ付近の蓄熱が大きくなり、バーニングを生じることがある。また、図１（Ｄ）に示すように、レーザ切断加工の経路Ｒが近接する場合や、図１（Ｅ）に示すように、前工程のレーザ切断加工位置の経路Ｒと今回のレーザ切断加工の経路Ｒとが近接した近接位置Ｎ付近の蓄熱が大きくなる。したがって、上述したごとき各種の近接位置付近のレーザ切断加工時にバーニングを生じることがある。

この場合、本実施形態においては、前記近接位置Ｎ付近のレーザ切断加工を行うとき、上記近接位置Ｎ付近のレーザ切断加工を行う前に、前記近接位置Ｎ付近へ予め水を噴射して、近接位置Ｎ付近を予め強制的に冷却した後にレーザ切断加工を行うものである。

ところで、図２に示すように、スタート位置ＳにおいてワークＷにピアシング加工を行い、矢印Ａ方向にレーザ切断加工を行い、ジグザグ加工をＺ１，Ｚ２，Ｚ３と行ったところ、ジグザグが３回目における部分においてバーニングが発生した。この場合、１回、２回とジグザグ加工Ｚ１，Ｚ２が繰り返されると、ジグザグ加工位置Ｚ１，Ｚ２のレーザ加工切断時の熱がジグザグ加工の進行方向（矢印Ｂ方向）へ伝導される。そして、３回目のジグザグ加工位置Ｚ３に相当する部分に次第に蓄熱され、この蓄熱された位置にレーザ切断加工を行ったことにより、加熱過剰となってバーニングを生じたものと考えられる。

したがって、レーザ切断加工の進行方向（矢印Ａ方向、Ｂ方向）の前側であって、前工程のレーザ切断加工時の熱伝導によって蓄熱が行われ、今回のレーザ切断時に加熱過剰となる部分（蓄熱位置）へ冷却水を噴射して、レーザ切断加工時に、加熱過剰とならないように予め冷却することにより、バーニングを防止することができるものである。

本実施形態のレーザ切断加工装置は、前述したごとき蓄熱位置を予め冷却することのできる機能を備えたものであって、次のように構成してある。

すなわち、本実施形態に係るレーザ切断加工装置１は、図３に概念的、概略的に示すように、レーザ発振器３を備えている。また、レーザ切断加工装置１は、前記レーザ発振器３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５を備えている。さらに、前記レーザ加工ヘッド５をワークＷに対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動位置決めするためのサーボモータ７を備えている。そして、前記レーザ加工ヘッド５には、前記レーザ光ＬＢを照射してのレーザ切断加工位置の周囲に冷媒としての冷却水を噴射するための冷却ノズルとしての第１ノズル９が備えられている。

また、レーザ加工ヘッド５には、レーザ切断加工方向であって、レーザ加工ヘッド５の前側へ冷却水を噴射するための冷却ノズルとしての第２ノズル１１が備えられている。この第２ノズル１１は、前記第１ノズル９による冷却水の噴射範囲外の位置に冷却水を噴射するものであり、前記レーザ加工ヘッド５に水平に回動自在に備えたリングギア１３に一体的に装着してある。そして、前記リングギア１３を回動するために、前記レーザ加工ヘッド５の一部には、前記リングギア１３と噛合したピニオン１５を備えたサーボモータ１７が備えられている。

したがって、前記サーボモータ１７を制御して前記リングギア１３の回動を制御することにより、前記第２ノズル１１を、レーザ加工ヘッド５の進行方向の前側へ常に位置決めすることができる。よって、前記第２ノズル１１から冷却水を常に、又は適正のタイミングでもって噴出することにより、レーザ加工ヘッド５によるレーザ切断加工位置の前側であって、第１ノズル９による冷却範囲外の前側位置を予め冷却することができるものである。すなわち、ワークＷにレーザ光ＬＢを照射してのレーザ切断加工時の熱伝導によって蓄熱する傾向にある、レーザ加工の進行方向の前方位置を予め冷却することができるものである。

ところで、第１ノズル９から噴出（噴射）される冷却水によってレーザ切断加工位置付近の周囲の冷却を行う。そして、レーザ加工ヘッド５に備えた第１ノズル９による冷却範囲外であってレーザ切断加工の進行方向の前側の位置（以下、冷却要前側位置と称す）は、第２ノズル１１から噴出される冷却水によって予め冷却することも可能である。この場合、加熱過剰によるバーニングを抑制することができると共に、熱伝導に起因する熱膨張を抑制してのレーザ切断加工が可能となり、レーザ切断加工による、例えば穴形状、寸法等の精度向上を図ることができるものである。

なお、レーザ切断加工位置の冷却要前側位置を予め冷却するには、前述したごとき構成によることなく、レーザ光ＬＢの照射を停止した状態において、第１，２ノズル９，１１の少なくとも一方のノズルから冷却水を噴出し、レーザ加工ヘッド５を予め冷却要前側位置へ移動して、冷却することも可能である。

ところで、前述のように、第１，第２のノズル９，１１から冷却水を噴出すると、冷却水の使用量が多くなり、周囲に飛散するおそれがある。したがって、冷却水の噴射は、例えばバーニング等を抑制するために必要な場合にのみ行うことが望ましいものである。

前記レーザ切断加工装置１は、ワークＷに対する前記レーザ加工ヘッド５のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への相対的な移動位置決めや、ワークＷに対する冷却水の噴出等を制御するために、制御装置１９を備えている。この制御装置１９は、コンピュータから構成してあって、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２５、入出力手段２７及び表示手段２９を備えている。

さらに、制御装置１９は、自動プログラミング装置３１において生成（作成）された各種の加工プログラムを格納した加工プログラム格納手段３３を備えている。また、上記各加工プログラムに対応して冷却水の噴射を行う噴射プログラムを格納した噴射プログラム格納手段３５を備えている。前記加工プログラム格納手段３３に格納された各種の加工プログラムと、前記噴射プログラム格納手段３５に格納された各噴射プログラムは、例えばプログラムＮｏ等によって関連付けられている。

前記噴射プログラムは、前記自動プログラミング装置３１によって加工プログラムを生成するときに同時に生成されるものである。すなわち、加工プログラムに、図１（Ａ）に示すように、レーザ切断加工方句が矢印Ａ，Ｂ方向に変更されるエッジ部が含まれる場合、冷媒噴射位置条件テーブル３７におけるエッジ条件テーブル３９を参照して、コーナ位置ＣＥを通過する前に予め冷却水を噴射するプログラムを生成するものである。

前記エッジ条件テーブル３９には、予め冷却水を噴出する条件として、矢印Ａ方向から矢印Ｂ方向に変更されるエッジ部の角度θが予め設定した設定角度α以下であることが規定してある。また、前記コーナ位置ＣＥから予め設定した距離ＬＡの前側の位置でレーザ切断加工を一時停止して前記コーナ位置ＣＥから距離ＬＢの位置をまで冷却水を噴出することが予め規定してある。さらに、前記エッジ条件テーブル３９には、前記コーナ位置ＣＥを間にして距離ＬＡの前側の位置から距離ＬＢの位置までのレーザ切断加工速度及びレーザ出力がワークＷの材質、板厚に応じて予め設定してある。

したがって、加工プログラム格納手段３３に格納されている加工プログラムに、図１（Ａ）に示すようなエッジ部が含まれている場合、当該加工プログラムに対応して噴射プログラム格納手段３５に格納された噴射プログラムには、コーナ部のレーザ切断加工を行う際に、コーナ部を予め冷却するために、レーザ切断加工の一時停止位置及びコーナ部に予め冷却水を噴出するためのレーザ加工ヘッドの動作条件、予め冷却するための冷却水の噴射開始、停止、コーナ部のレーザ切断加工速度、レーザ出力等の各条件が含まれているものである。

したがって、前記加工プログラムに従ってワークＷのレーザ切断加工を行う際、噴射プログラムに従って、レーザ切断加工位置がコーナ部のコーナ位置ＣＥから距離ＬＡ前側の位置においてレーザ切断加工が一時停止される。そして、コーナ部を予め冷却するために冷却水を噴射する動作が行われ、コーナ部の冷却が行われた後に、レーザ切断加工速度、レーザ出力が予め規定されたレーザ切断速度、レーザ出力に制御されて、レーザ切断加工が行われる。そして、前記コーナ位置ＣＥから距離ＬＢの位置に達すると、レーザ切断加工速度及びレーザ出力は常態の値に復帰されることになる。よって、コーナ部のレーザ切断加工時に生じる傾向にあるバーニングや溶損を防止することができるものである。また、冷却水の使用量を抑制することができるものである。

なお、常態において、冷却水を噴射することなくレーザ切断加工を行う場合には、前述したように、コーナ部を予め冷却した後、コーナ部のレーザ切断加工を行うときで、距離ＬＡ，ＬＢを移動しつつのレーザ切断加工時に、冷却水の噴出を行うことも可能である。

前記加工プログラム格納手段３３に格納されている加工プログラムに、図１（Ｃ）に示すように、レーザ切断加工の経路ＲがワークＷの端縁ＷＥに近接した近接位置Ｎが含まれる場合には、当該加工プログラムに対応して噴射プログラム格納手段３５に格納されている噴射プログラムには、前記近接位置Ｎ付近においての冷却水噴射条件が含まれているものである。

上記噴射プログラムは、前記冷媒噴射位置条件テーブル３７における端縁近接条件テーブル４１を参照して、前記自動プログラミング装置３１によって生成されるものである。前記端縁近接条件テーブル４１には、予め冷却水の噴射を必要とするところの経路Ｒと端縁ＷＥとの間の間隔寸法が予め規定してある。

したがって、図１（Ｃ）に示すごとく、近接位置Ｎが含まれるレーザ切断加工を行う加工プログラムに従ってレーザ切断加工を行うときには、経路ＲがワークＷの端縁ＷＥに最も接近する前側において、すなわち、経路Ｒと端縁ＷＥとの間隔寸法が予め設定されている間隔寸法（規定間隔寸法）の位置においてレーザ切断加工が一時停止される。そして、前記近接位置Ｎを間にして前記規定間隔寸法以下の範囲に冷却水が予め噴射され、近接位置Ｎ付近が予め冷却される。よって、近接位置Ｎが含まれるレーザ切断加工であっても、近接位置Ｎ付近の冷却が予め行われ、当該近接位置Ｎのバーニングを防止できるものである。近接位置Ｎ付近の冷却を行うには、レーザ出力を停止してレーザ加工ヘッド５を経路Ｒに沿って移動しつつ第１ノズル９から冷却水をワークＷへ噴出し、ワークＷの近接位置Ｎ付近を予め冷却することが望ましいものである。

前記加工プログラム格納手段３３に格納されている加工プログラムに、図１（Ｄ）に示すように、レーザ切断加工の経路Ｒが近接した近接位置Ｎが含まれる場合、上記近接位置Ｎ付近を復路において接近通過するものである。したがって、上記プログラムに対応して噴射プログラム格納手段３５に格納されている噴射プログラムにおいては、前記近接位置Ｎ付近を通過する復路の経路Ｒにおいて冷却水の噴出を行うものである。

上記復路の経路Ｒにおける冷却水噴出条件は、前記冷媒噴射位置条件テーブル３７における加工経路近接条件テーブル４３に規定してある。すなわち、前記近接位置Ｎ付近を通過する往路の経路Ｒと復路の経路Ｒとの間隔寸法が予め設定した間隔寸法（規定間隔寸法）以下になると、復路の経路Ｒにおいて第１，２のノズル９，１１の適宜一方又は両方から予め冷却水の噴出を行い、設定した間隔寸法以下の範囲の冷却を行うべく規定してある。

したがって、図１（Ｄ）に示すように、レーザ切断加工を行う経路Ｒが往路と復路において近接している場合、前記往路の経路Ｒと復路の経路Ｒとの間隔が予め設定した間隔寸法以下になると、復路の経路Ｒのレーザ切断加工を一時停止して、間隔寸法が規定間隔寸法以下の範囲に冷却水の噴出が行われることになる。よって、レーザ切断加工の経路Ｒが近接した位置でのバーニングを防止することができるものである。近接位置Ｎ付近の冷却を行うには、レーザ出力を停止して、レーザ加工ヘッド５を復路の経路Ｒに沿って移動しつつ冷却水を、例えば第１ノズル９からワークＷへ噴出して、ワークＷの近接位置Ｎを予め冷却することが望ましいものである。

前記加工プログラム格納手段３３に格納されている加工プログラムに、図１（Ｅ）に示すように、レーザ切断加工位置を変更してレーザ切断加工を間欠的（断続的）に行う場合であって、互のレーザ切断加工位置（互の経路Ｒの位置）が予め設定した設定値以下に接近した近接位置Ｎが含まれる場合、上記加工プログラムに対応して前記噴射プログラム格納手段３５に格納された噴射プログラムには、レーザ切断加工位置が近接した近接位置Ｎ付近のレーザ切断加工を行う際に、冷却水を第１ノズル９又は第２ノズル１１の少なくとも一方からワークＷへ予め噴射して強制的に冷却する冷却水噴射条件が含まれるものである。

上記冷却水噴射条件は、前記冷媒噴射位置条件テーブル３７における加工位置近接条件テーブル４５に予め規定してある。すなわち、先にレーザ切断加工を行った穴ＨＯ１と後からレーザ切断加工を行う穴ＨＯ２の外形線が互に接近する場合であって、上記接近距離（間隔寸法）が予め設定した設定値（規定間隔寸法）以下の範囲に亘って冷却水を、例えば第１ノズル９からワークＷへ噴射するものである。

上述の場合、先の穴ＨＯ１のレーザ切断加工時には、後の穴ＨＯ２の影響を受けることがないので、穴ＨＯ１のレーザ切断加工時には、第１ノズル９から冷却水を噴出しても、冷却水の噴出を停止した状態であってもよいものである。しかし、後の穴ＨＯ２のレーザ切断加工時には、先の穴ＨＯ１のレーザ切断時の熱が蓄熱されており、この蓄熱の影響によって、穴ＨＯ２の形状、寸法の精度が悪化し、またバーニングを生じ易いものである。したがって、後の穴ＨＯ２のレーザ加工時において、先の穴ＨＯ１との近接距離が予め設定した規定間隔寸法になった場合には、穴ＨＯ２のレーザ切断加工を一時停止して、第１ノズル９から予め冷却水を噴出して近接位置Ｎ付近を予め強制的に冷却するものである。

近接位置Ｎ付近の冷却を行うには、後の穴ＨＯ２のレーザ切断加工を行うに際しては、レーザ出力を停止した状態において、レーザ加工ヘッド５を穴ＨＯ２の加工位置へ移動して、例えば第１ノズル９によって予め冷却水を噴出し、ワークＷの加工位置付近を前もって予め冷却することも可能である。また、後の穴ＨＯ２のレーザ切断加工を行う際に、第２ノズル１１をレーザ切断加工の進行方向の前側へ位置決めする。そして、第２ノズル１１から冷却水をワークＷへ噴射して、レーザ切断加工を行う前側位置を予め冷却することも可能である。

前記加工プログラム格納手段３３に格納されている加工プログラムに、図１（Ｂ），図２に示すように、レーザ切断加工の進行経路にジグザグを繰り返す経路が含まれる場合、または、同一方向へのレーザ切断加工を繰り返す工程、すなわちレーザ加工ヘッドの移動軌跡が並列するような並列運行のレーザ切断加工が含まれる場合、当該プログラムに対応して噴射プログラム格納手段３５に格納されている噴射プログラムには、並列運行のレーザ切断加工、ジグザグのレーザ切断加工が、予め設定した設定回数以上になると、以後のレーザ切断加工は、第１ノズル９又は第２ノズル１１の少なくとも一方から予め冷却水を噴出してワークＷを予め強制的に冷却するための冷却水噴射条件が含まれているものである。

上記冷却水噴射条件は、前記冷媒噴射位置条件テーブル３７におけるジグザグ進行条件テーブル４７に予め規定してある。すなわち、図２を用いて説明したように、ジグザグ加工Ｚ１，Ｚ２が複数回繰り返すと、ジグザグ加工Ｚ１，Ｚ２の進行方向の前側に蓄熱部（蓄熱位置）が生じ、この蓄熱部のレーザ切断加工を行うと、バーニングを生じ易いものである。したがって、ジグザグ進行条件テーブル４７には、ジグザグ加工の回数又は並列運行の回数が予め設定してあり、この設定回数を越えてジグザグ加工又は並列運行のレーザ切断加工を行う場合には、レーザ切断加工を一時停止して、例えば第１ノズル９から進行方向の前側へ冷却水を予め噴出し、レーザ加工の進行方向の前側（前方）位置を予め強制的に冷却するものである。

なお、上述の場合、第１，２ノズル９，１１から冷却水を同時に噴出することも可能である。そして、第２ノズル１１から噴出した冷却水によって、レーザ切断加工の進行方向の前側を予め冷却することが望ましいものである。また、レーザ出力を停止した状態において、前記加工プログラムに従ってワークＷに対してレーザ加工ヘッド５を移動し、ワークＷの上面に、例えば第１ノズル９から冷却水を全面的に噴出して、ワークＷの全体を予め冷却することが望ましいものである。

上述の場合、レーザ切断加工時における熱の伝導によって蓄熱された位置を予め冷却した後にレーザ切断加工を行うものであるから、バーニングを防止することができると共に、穴等の形状、寸法のレーザ切断加工の精度向上を図ることができるものである。また、ワークＷに対して全面的に冷却水を噴出した場合には、ワークＷ上に冷却水が貯留されることとなり、ワークＷを効果的に冷却することができるものである。

前記制御装置１９には、プログラム検索手段４９が備えられている。このプログラム検索手段４９は、前記入出力手段２７からプログラムＮｏが入力されると、当該プログラムＮｏに対応する加工プログラムを前記加工プログラム格納手段３３から検索すると共に、前記噴射プログラム格納手段３５から対応した噴射プログラム検索する機能を奏するものである。

また、前記制御装置１９には、発振器駆動動作制御手段５１、加工ヘッド動作制御手段５３が備えられている。前記発振器駆動動作制御手段５１は、前記加工プログラム格納手段３３から検索された加工プログラムに従って、レーザ発振器３のレーザ出力（連続出力、パルス出力）を、レーザ切断加工条件に対応して制御する機能を奏するものである。そして、前記加工ヘッド動作制御手段５３は、前記加工プログラムに従って、前記Ｘ，Ｙ，Ｚサーボモータ７、サーボモータ１７の動作を制御する機能を奏するものである。

さらに、前記制御装置１９には、冷媒噴出制御手段５５が備えられている。この冷媒噴出制御手段５５は、前記加工プログラムに対応して前記噴射プログラム格納手段３５から検索された噴射プログラムに従って冷媒噴出手段５７の動作を制御する機能を奏するものである。この冷媒噴出手段５７は、貯水槽（図示省略）に接続したポンプ（図示省略）を備えた構成であって、この冷媒噴出手段５７と前記第１，２のノズル９，１１はそれぞれ接続路５９を介して接続してある。そして、第１，２のノズル９，１１との接続路には、接続路５９を連通遮断自在な開閉弁Ｖ１，Ｖ２が配置してある。この開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉動作は、前記冷媒噴出制御手段５５によって制御されるものである。

上記構成により、加工プログラム格納手段３３から検索された加工プログラムに従って、レーザ発振器３の出力を制御することができると共に、ワークＷに対するレーザ加工ヘッド５のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への相対的な移動動作及びレーザ切断加工の進行方向の前側へ第２ノズル１１を位置決め制御することができるものである。そして、噴射プログラム格納手段３５から検索された噴射プログラムに従って、第１，２のノズル９，１１から冷却水をワークＷへ噴射する噴射時宜を、前記加工プログラムに従ってのレーザ切断加工に対応して適正に行うことができるものである。

なお、第１，２のノズル９，１１から冷却水を噴出する場合、前記開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉動作を制御することにより、第１，２のノズル９，１１から個別に冷却水を噴出することや、同時に噴出することができる。そして、各ノズル９，１１から冷却水を噴出する噴出タイミングを、レーザ切断加工に対応して所望の噴出タイミングとすることができるものである。したがって、第１，２のノズル９，１１から所望のタイミングでもって適正量の冷却水を噴射でき、過剰の冷却水を噴出することを抑制することができるものである。

以上のごとき構成において、入出力手段２７から所望のプログラムＮｏを入力すると、当該プログラムＮｏに対応した加工プログラムが加工プログラム格納手段３３から検索されると共に、噴射プログラムが噴射プログラム格納手段３５から検索される。そして、検索された加工プログラムに従ってレーザ加工ヘッド５の移動動作が制御されると共に、レーザ発振器３の出力が制御されて、ワークＷのレーザ切断加工が行われることになる。

上述のごとく、ワークＷのレーザ切断加工を行うとき、検索された噴射プログラムに従って、ワークＷの適宜レーザ切断加工位置に対して第１，２ノズル９，１１の適宜一方又は両方から冷却水の噴出が行われ、ワークＷのレーザ切断加工位置の冷却が強制的に行われることになる。

上記レーザ切断加工を行う場合、加工プログラムに、図１（Ａ）に示すエッジ部が含まれる場合には、コーナ位置ＣＥのレーザ切断加工を行う前に、レーザ加工を一時停止した状態において、コーナ位置ＣＥの前側ＬＡの位置から第１ノズル９から冷却水の噴出が開始され、前記コーナ位置ＣＥの後側ＬＢの位置まで冷却水の噴出が継続されるものである。したがって、エッジ部が含まれるレーザ切断加工においては、エッジ部へ予め冷却水を噴出して強制的な冷却が行われる。よって、エッジ部においてのバーニングやエッジ部が溶損すること（エッジ部が溶け落ちること）を防止することができるものである。

ところで、前述のごとくエッジ部のレーザ切断加工を行うとき、レーザ加工ヘッド５の進行方向の前側へ第２ノズル１１を位置決めし、当該第２ノズル１１から冷却水を噴出して、レーザ切断加工の進行方向の前側を強制的に予め冷却することができるものである。さらに、前記エッジ部のレーザ切断加工を行うに当り、レーザ光ＬＢの出力を停止して、前記前側ＬＡの位置及び後側ＬＢの位置に沿ってレーザ加工ヘッド５を移動し、第１ノズル９からワークＷに対して予め冷却水を噴出する。すなわち、エッジ部を予め冷却した後に、前記第１ノズル９から冷却水を噴出してエッジ部のレーザ切断加工を行うことも可能である。すなわち、前工程におけるレーザ切断加工時の熱の伝導によって蓄熱した部分を前もって予め冷却した後に、レーザ切断加工を行うことができるものである。

前記加工プログラム格納手段３３から検索された加工プログラムに、図１（Ｂ）に示したジグザグ加工や図１（Ｃ）〜（Ｅ）に示した各種の近接位置Ｎが含まれている場合には、検索された加工プログラムに対応して噴射プログラム格納手段３５からそれぞれに対応した噴射プログラムが検索される。この検索された噴射プログラムには、ジグザグ加工や各種の近接位置Ｎに対応して適正に予め冷却水を噴出するプログラムが含まれている。

したがって、前工程のレーザ切断加工時の熱の伝導によって蓄熱された部分のレーザ切断加工を行う場合には、第１ノズル９から冷却水を噴出してレーザ切断加工が行われる。この場合、前述した場合と同様に、蓄熱された部分に予め冷却水を噴出して冷却した後にレーザ切断加工を行うことができるものである。

以上のごとき説明より理解されるように、噴射プログラム格納手段３５には、加工プログラム格納手段３３に格納された加工プログラムに対応した噴射プログラムが格納されているものである。したがって、加工プログラム格納手段３３に格納された加工プログラムによってワークＷのレーザ切断加工を行うときには、上記加工プログラムに対応した噴射プログラムが噴射プログラム格納手段３５から検索され、前記加工プログラムに従ってレーザ切断加工を行うときに蓄熱された部分へ予め冷却水を噴出して強制的に冷却することになる。よって、レーザ切断加工時の熱伝導によって蓄熱部が生じる場合であっても、レーザ切断加工の精度向上を図ることができるものである。

ところで、前記説明においては、加工プログラム格納手段３３に格納された加工プログラムに対応した噴射プログラムを噴射プログラム格納手段３５に予め格納している旨、説明した。しかし、加工プログラム格納手段３３に格納された加工プログラムを実行する際に、当該加工プログラムに対応して噴射プログラムを作成することも可能である。この場合、加工プログラムに対応して噴射プログラムを生成（作成）するためのプログラム作成手段６１を前記制御装置１９に備えればよいものである。

上記プログラム作成手段６１は、先読み手段６３、経路解析手段６５及び蓄熱位置演算手段６７を備えている。前記先読み手段６３は、前記加工プログラム格納手段３３から検索された加工プログラムを実行する前に、当該加工プログラムを先読みする機能を奏するものである。前記経路解析手段６５は、前記先読み手段６３によって先読みされた加工プログラムによるレーザ切断加工の加工経路を解析する機能を奏するものである。

前記蓄熱位置演算手段６７は、前記経路解析手段６５によって解析された加工経路にエッジ部が含まれる場合には、前記冷媒噴射位置条件テーブル３７のエッジ条件テーブル３９を参照して、エッジ部のレーザ切断加工を行う際に、冷却水を噴出する噴射位置条件（例えば、コーナ位置ＣＥから前側ＬＡ，後側ＬＢの位置）を設定し、噴射プログラムを生成する機能を奏するものである。

すなわち、蓄熱位置演算手段６７は、経路解析手段６５によって解析された加工プログラムの加工経路と、冷媒噴射位置条件テーブル３７におけるエッジ条件テーブル３９、端縁近接条件テーブル４１、加工経路近接条件テーブル４３、加工位置近接条件テーブル４５、ジグザグ進行条件テーブル４７とに基いて、前工程のレーザ切断加工時の熱伝導によって蓄熱される位置を算出する。そして、加工プログラムによって蓄熱位置のレーザ切断加工を行う際に、当該蓄熱位置に予め冷却水を噴射するための噴射プログラムを作成するものである。

したがって、プログラム作成手段６１を備えた構成においては、既に使用している加工プログラムに対応して、噴射プログラムを作成して蓄熱位置に対して予め冷却水を噴射して冷却することができる。よって、蓄熱による熱膨張を抑制することができることになる。すなわち、既に使用されている加工プログラムであっても、蓄熱位置を予め冷却してレーザ切断加工を行うことができることとなり、蓄熱に起因する熱膨張を抑制することができる。したがって、レーザ切断加工の高精度化を図ることができるものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。すなわち、制御装置１９にネスティングデータ格納部６９を備える。そして、前記自動プログラミング装置３１によって加工プログラムを生成する際に用いたネスティングデータと同一のデータを、作成した加工プログラムのプログラムＮｏと関連付けて前記ネスティングデータ格納部６９に格納する。

そして、前記加工プログラム格納手段３３から加工プログラムを検索したとき、検索した当該加工プログラムのプログラムＮｏに関連したネスティングデータを検索手段４９によって検索する。この検索したネスティングデータに基いて、ワークＷに対するレーザ切断加工位置の配置、加工形状、寸法を演算手段によって算出する。そして、算出したレーザ加工の加工形状、寸法及び配置位置に基いて、前記冷媒噴射位置条件テーブル３７におけるエッジ条件テーブル３９、端縁近接条件テーブル４１、加工経路近接条件テーブル４３、加工位置近接条件テーブル４５、ジグザグ進行条件テーブル４７を参照し、蓄熱位置を蓄熱位置演算手段４７によって算出して、前記加工プログラムに対応した噴射プログラムを作成することも可能である。すなわち、加工プログラムの作成に使用したネスティングデータに基いて（参照して）、噴射プログラムを作成することも可能である。

また、冷媒噴射位置条件テーブル３７は、自動プログラミング装置３１及び／又はプログラム作成手段６１に備えることも可能である。

ところで、前記説明は、ワークのバーニング等を抑制するために、蓄熱部に予め冷却水を噴射して冷却する旨説明した。よく知られているように、ワークのレーザ切断加工を行って、ワークから切断分離された切断片を手作業的に取り出す場合、切断片が熱い場合がある。

したがって、ワークのレーザ切断加工を行った後に、レーザ出力を停止した状態において、レーザ切断加工時と同様に、ワークに対して再び冷却水を噴射することが望ましい。このように、レーザ切断加工終了後に、ワークに対して再び冷却水を噴射すると、切断片が冷却されることとなり、手作業での切断片の取り出しが容易になるものである。

１ レーザ切断加工装置
３ レーザ発振器
５ レーザ加工ヘッド
７ サーボモータ
９ 第１ノズル
１１ 第２ノズル
１９ 制御装置
３１ 自動プログラミング装置
３３ 加工プログラム格納手段
３５ 噴射プログラム格納手段
３７ 冷媒噴射位置条件テーブル
３９ エッジ条件テーブル
４１ 端縁近接条件テーブル
４３ 加工経路近接条件テーブル
４５ 加工位置近接条件テーブル
４７ ジグザグ進行条件テーブル
４９ 検索手段
５７ 冷媒噴出手段
６１ プログラム作成手段
６３ 先読み手段
６５ 経路解析手段
６７ 蓄熱位置演算手段

Claims (12)

1. 板状のワークのレーザ切断加工方法であって、ワークに対してレーザ切断加工を継続して連続的に、又はレーザ切断加工位置を変更してレーザ切断加工を間欠的に行うに当り、レーザ切断加工時の熱が熱伝導によって蓄熱された位置へ冷媒としての水を予め噴射して、上記蓄熱位置を予め冷却した後、当該冷却部のレーザ切断加工を行うことを特徴とするレーザ切断加工方法。
2. 請求項１に記載のレーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工方向が変化するエッジ部であることを特徴とするレーザ切断加工方法。
3. 請求項１に記載のレーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工の加工経路とワークの端縁部とが近接した位置であることを特徴とするレーザ切断加工方法。
4. 請求項１に記載のレーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を連続的に行う場合であって、レーザ切断加工の加工経路が近接した位置であることを特徴とするレーザ切断加工方法。
5. 請求項１に記載のレーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工を間欠的に行う場合であって、前回のレーザ切断加工位置と次回のレーザ切断加工位置とが近接した位置であることを特徴とするレーザ切断加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ切断加工方法において、冷媒を噴射して予め冷却する位置は、レーザ切断加工の進行方向の前側の位置であることを特徴とするレーザ切断加工方法。
7. 板状のワークのレーザ切断加工方法であって、ワーク全体に対して冷却水を掛けて予めワーク全体を冷却した後にワークのレーザ切断加工を行うことを特徴とするレーザ切断加工方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ切断加工方法において、ワークから切断分離して取り出す切断片の位置へ再度冷媒を噴射して前記切断片の冷却を行うことを特徴とするレーザ切断加工方法。
9. レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光をワークへ照射するレーザ加工ヘッドと、ワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動位置決めする複数のサーボモータと、ワークを冷却するための冷媒としての水を噴射する冷媒噴射手段と、前記レーザ発振器、サーボモータ及び冷媒噴射手段を制御する制御装置とを備えたレーザ切断加工装置であって、
   前記制御装置は、板状のワークのレーザ切断加工を行うレーザ切断加工プログラムを格納した加工プログラム格納手段と、前記レーザ切断加工プログラムに対応して冷媒を噴射する位置を予めプログラムした冷媒噴射プログラムを格納した噴射プログラム格納手段と、前記レーザ切断加工プログラムに従って前記レーザ発振器の駆動動作を制御する発振器駆動動作制御手段と、ワークに対するレーザ加工ヘッドの相対的な移動動作を制御する加工ヘッド動作制御手段と、前記冷媒噴射プログラムに従って前記冷媒噴射手段の動作を制御する冷媒噴射制御手段と、を備えていることを特徴とするレーザ切断加工装置。
10. 請求項９に記載のレーザ切断加工装置において、前記制御装置は、前記レーザ切断加工プログラムに基づいて冷媒噴射プログラムを作成するためのプログラム作成手段を備え、このプログラム作成手段は、レーザ切断加工プログラムを先読みする先読み手段と、先読みしたレーザ切断加工プログラムの加工経路を解析する経路解析手段と、当該経路解析手段によって解析された加工経路からレーザ切断加工時の熱が蓄熱される位置を演算する蓄熱位置演算手段とを備え、かつ前記制御装置に、冷媒を噴射する位置の位置条件を予め格納した冷媒噴射位置条件テーブルを備えていることを特徴とするレーザ切断加工装置。
11. 請求項１０に記載のレーザ切断加工装置において、前記冷媒噴射位置条件テーブルは、加工経路にエッジが含まれる場合のエッジ条件、又は加工経路とワーク端縁とが近接している場合の端縁近接条件、又は加工経路が互に近接している場合の加工経路近接条件、又は加工位置が近接している場合の加工位置近接条件、又はレーザ切断加工がジグザグに進行する場合のジグザグ進行条件の少なくとも１つの条件を備えていることを特徴とするレーザ切断加工装置。
12. 請求項９，１０又は１１に記載のレーザ切断加工装置を使用して板状のワークのレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法であって、ワークのレーザ切断加工を行う前に、前記レーザ切断加工プログラムに基いてワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的に移動しつつワーク上面に水を噴射し、ワーク上面の所望位置又はワーク上面のほぼ全面を予め冷却した状態又は水を噴射した位置に水を予め貯留した状態においてレーザ切断加工を行うことを特徴とするレーザ切断加工方法。