JP2018167321A

JP2018167321A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置

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Publication number: JP2018167321A
Application number: JP2017069194A
Authority: JP
Inventors: 洋丘上木原; Hirotaka Kamikihara; 龍起山岡; Tatsuki Yamaoka; 佐野　義美; Yoshimi Sano; 義美佐野
Original assignee: Nissan Tanaka Corp
Current assignee: Nissan Tanaka Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP6824092B2

Abstract

【課題】レーザビームを照射して被加工材を切断する際に、被加工材裏面側にドロスが付着して発生する切断不良を効率的に抑制することが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド１０と、レーザビーム照射部１１と、切断用レーザビームと検査用レーザビームを出力するレーザ発振器２０と、前記検査用レーザビームがドロスに照射されてドロスから放射されるドロス検出光を検知するフォトダイオード１２と、前記レーザ加工ヘッド１０を移動させるサーボ制御器４０と、制御部５０とを備え、切断用レーザビームを照射して切断溝Ｈを形成した後に、前記切断溝Ｈに沿って移動しながら検査用レーザビームを照射して前記フォトダイオード１２が検知したドロス検出光に基づいて切断溝Ｈの裏面側のドロス付着を判断することを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、被加工材にレーザビームを照射して被加工材を切断するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

従来、レーザ切断装置によって被加工材を切断加工する場合、レーザノズルから被加工材に向かってアシストガスを噴射するとともにレーザビームを照射しながら設定した切断経路を移動させて切断溝を形成して被加工材を切断する。

レーザ切断装置によって被加工材を切断加工する際には、例えば、セルフバーニング、ノッチ、吹き上げ、被加工材裏面におけるドロス付着等の切断不良が発生する可能性がある。

この中で、セルフバーニング、ノッチ、吹き上げについては、映像識別や可視光の光量変化により被加工材の表面側から検知することが可能であり、種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平０９−０２９４６９号公報

しかしながら、被加工材裏面側に付着するドロスについては、被加工材の表面側からの目視確認が困難であり、被加工材を切断し終えた後に製品を裏返すなどによって確認するしかなかった。そして、ドロスが付着していると、ドロス除去のための後処理が非常に困難で多大な人員と時間を要するうえ、手直し不能で不良品にせざるを得ない場合がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、被加工材裏面側にドロスが付着して発生する切断不良を効率的に抑制することが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、被加工材にレーザビームを照射して切断する際に、切断用レーザビームを照射して切断溝を形成した後に、この切断溝に検査用レーザビームを照射すると、検査用レーザビームにより加熱されたドロスからドロス放射光（例えば、赤熱されたドロスが放射する可視光、赤外線等）や検査用レーザビームがドロスで反射された反射光を検知することができ、被加工材裏面側に付着したドロスの状況によってドロス放射光や反射光の強度が変化することから、ドロス放射光と反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知して、ドロス検出光の強度に基づいて切断溝の裏面側のドロス付着状況を把握できるとの知見を得た。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するレーザ加工方法であって、
前記被加工材の表面側から切断用レーザビームを照射して切断溝を形成し、前記切断溝に沿って移動しながら前記表面側から検査用レーザビームを照射するとともに、前記検査用レーザビームにより加熱されたドロスから放射されるドロス放射光と前記検査用レーザビームがドロスで反射された反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知し、前記ドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するレーザ加工装置であって、ノズル孔からアシストガスを噴射するとともに切断用レーザビームを照射するレーザ加工ヘッドと、前記切断用レーザビームを照射する切断用レーザビーム照射部と、前記切断用レーザビームを出力する切断用レーザ発振器と、検査用レーザビームを照射する検査用レーザビーム照射部と、前記検査用レーザビームを出力する検査用レーザ発振器と、前記検査用レーザビームにより加熱されたドロスから放射されるドロス放射光と前記検査用レーザビームがドロスで反射された反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知するドロス検出光検知部と、前記レーザ加工ヘッドにアシストガスを供給するアシストガス供給手段と、前記レーザ加工ヘッドを移動させるレーザ加工ヘッド移動手段と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記被加工材の表面側から切断用レーザビームを照射して切断溝を形成し、前記切断溝に沿って移動しながら前記表面側から検査用レーザビームを照射するとともに、前記ドロス検出光検知部が検知したドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するように構成されていることを特徴とする。

この発明に係るレーザ加工方法、レーザ加工装置によれば、被加工材の表面側から切断用レーザビームを照射して切断溝を形成し、切断溝に沿って移動しながら表面側から検査用レーザビームを照射するとともに、検査用レーザビームにより加熱されたドロスから放射されるドロス放射光と検査用レーザビームがドロスで反射された反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知し、ドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するので、切断溝裏面側のドロス付着状況を容易かつ効率的に判断することができる。
その結果、被加工材の裏面側にドロスが付着して発生する切断不良を効率的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工方法であって、前記ドロス検出光の強度が閾値を超える割合に基づいて前記切断溝裏面側のドロス付着状況を判断することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ加工装置であって、前記制御部は、前記ドロス検出光の強度が閾値を超える割合に基づいて前記切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するように構成されていることを特徴とする。

この発明に係るレーザ加工方法、レーザ加工装置によれば、ドロス検出光の強度が閾値を超える割合に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するので、切断溝裏面側のドロス付着状況を安定して判断することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のレーザ加工装置であって、前記切断用レーザビームの出力に用いる発振器の出力を小さくして検査用レーザビームとして照射するとともに、前記レーザ加工ヘッド内部に配置されたドロス検出光検知部によって前記ドロス検出光を検知するように構成されていることを特徴とする。

この発明に係るレーザ加工装置によれば、切断用レーザビームの出力に用いられる発振器の出力を小さくして検査用レーザビームとして照射するとともに、レーザ加工ヘッドの内部に配置されたドロス検出光検知部によってドロス検出光を検知するように構成されているので、構造の簡素化とレーザ加工装置が大型化及び製造コストが増大するのを抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３又は４に記載のレーザ加工装置であって、前記切断用レーザビーム照射部から前記ノズル孔までの間に、前記切断用レーザビームの波長帯域を反射し前記ドロス検出光を透過する特定波長帯域反射ミラーを配置し、前記切断用レーザビーム及び前記切断用レーザビームの出力に用いる発振器の出力を小さくして照射した検査用レーザビームを前記特定波長帯域反射ミラーで反射させて前記ノズル孔から照射させるとともに、前記特定波長帯域反射ミラーの背後に配置した光センサによって前記特定波長帯域反射ミラーを透過したドロス検出光による加工点での可視光を検知するように構成されていることを特徴とする。

この発明に係るレーザ加工装置によれば、切断用レーザビーム照射部からノズル孔までの間に特定波長帯域反射ミラーを配置し、切断用レーザビーム及び切断用レーザビームの出力に用いる発振器の出力を小さくして照射した検査用レーザビームを特定波長帯域反射ミラーで反射させてノズル孔から照射させるとともに、特定波長帯域反射ミラーの背後に配置した光センサによって特定波長帯域反射ミラーを透過したドロス検出光による加工点での可視光を検知するので、構造の簡素化とレーザ加工装置が大型化及び製造コストが増大するのを抑制することができる。

本発明に係るレーザ加工方法、レーザ加工装置によれば、レーザビームを照射して被加工材を切断する際に、被加工材の表面側から検査用レーザビームを照射し、ドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するので、切断溝裏面側のドロス付着状況を容易かつ効率的に判断することができる。
その結果、被加工材裏面側にドロスが付着して発生する切断不良を効率的に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成の一例を説明する概念図である。本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置によって被加工材から製品を切り出す際の切断経路、切断区間および検査用区間の一例を説明する概念図である。本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の動作の一例を説明するフローチャートである。本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置による切断溝形成の一例を説明する概念図である。本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置による切断溝に付着したドロスの付着状況検査の一例を説明する概念図である。本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置によるドロス付着状況の判断方法の概略の一例を説明する概念図である。本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成の一例を説明する概念図である。

本発明に係るレーザ加工装置は、例えば、ノズル孔からアシストガスを噴射するとともに切断用レーザビームを照射するレーザ加工ヘッドと、切断用レーザビームを照射する切断用レーザビーム照射部と、切断用レーザビームを出力する切断用レーザ発振器と、検査用レーザビームを照射する検査用レーザビーム照射部と、検査用レーザビームを出力する検査用レーザ発振器と、検査用レーザビームにより加熱されたドロスから放射されるドロス放射光と検査用レーザビームがドロスで反射された反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知するドロス検出光検知部と、レーザ加工ヘッドにアシストガスを供給するアシストガス供給手段と、レーザ加工ヘッドを移動させるレーザ加工ヘッド移動手段と、制御部と、を備え、制御部は、被加工材の表面側から切断用レーザビームを照射して切断溝を形成し、切断溝に沿って移動しながら表面側から検査用レーザビームを照射するとともに、ドロス検出光検知部が検知したドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するように構成されている。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を説明する概念図であり、図２はレーザ加工装置によって被加工材から製品を切り出す際の切断経路、切断区間および検査用区間の一例を説明する概念図であり、図３は第１実施形態に係るレーザ加工装置の動作の一例を説明するフローチャートである。図において、符号１００はレーザ加工装置を、符号１０はレーザ加工ヘッドを、符号１０Ａはレーザノズルを、符号２０はレーザ発振器を、符号Ｗは鋼板（被加工材）を示している。

第１実施形態に係るレーザ加工装置１００は、図１に示すように、例えば、レーザ加工ヘッド１０と、レーザノズル１０Ａと、レーザビーム照射部１１と、フォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２と、コリメートレンズ１３と、集光レンズ１４と、レーザ発振器２０と、レーザ加工ヘッド１０にアシストガスＧを供給するアシストガス供給部（アシストガス供給手段）３０と、レーザ加工ヘッド１０を移動させるサーボ制御器（レーザ加工ヘッド移動手段）４０と、制御部５０とを備え、レーザ加工ヘッド１０のノズル孔１０Ｈから鋼板（被加工材）Ｗに表面側から切断用レーザビームＬＡを照射して鋼板Ｗに切断溝Ｈを形成するようになっている。

レーザ加工ヘッド１０は、図１に示すように、例えば、先端側にレーザノズル１０Ａが配置されている。
また、レーザ加工ヘッド１０の内部にはレーザビーム照射部１１と、フォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２と、集光レンズ１４が配置されている。
レーザノズル１０Ａは、先端側が円錐状で基端側が円筒状とされた筒体からなり、先端にノズル孔１０Ｈが形成されている。

また、切断用レーザビームＬＡの光路の周囲には、アシストガス供給路（不図示）が形成され、ノズル孔１０Ｈから切断用レーザビームＬＡを照射するとともにアシストガスＧを噴射するようになっている。
また、この実施形態においては、検査用レーザビームＬＢもノズル孔１０Ｈから照射するようになっている。

レーザビーム照射部１１は、この実施形態では、例えば、ファイバーレーザにより構成されていて、レーザ発振器２０に接続されるとともにレーザ発振器２０の出力に応じて切断用レーザビームＬＡ及び検査用レーザビームＬＢを照射するように構成されている。
そして、レーザビーム照射部１１から照射された切断用レーザビームＬＡ及び検査用レーザビームＬＢは、コリメートレンズ１３、集光レンズ１４を通過してノズル孔１０Ｈから鋼板Ｗに向かって照射されるようになっている。

レーザ加工ヘッド１０から鋼板（被加工材）Ｗに向かってレーザビームＬＡが照射されると、鋼板Ｗが溶融されて溶融物が生成されるとともに、生成された溶融物が溶融池を形成し、この溶融物がアシストガスＧによって酸化、燃焼されてアシストガスＧの噴流によって溶融池から排出されて切断溝が形成される。

フォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２は、レーザ加工ヘッド１０内部に複数配置されていて、切断用レーザビームＬＡ、検査用レーザビームＬＢ及びドロス検出光ＬＣを検知するように構成されている。また、フォトダイオード１２は、制御部５０と信号ケーブル５２により接続され、検知したドロス検出光信号をケーブル５２を介して制御部５０に送るようになっている。
この実施形態において、ドロス検出光ＬＣは、例えば、検査用レーザビームＬＢが照射されて赤熱されたドロスが放射する可視光からなるドロス放射光とされている。

レーザ発振器２０は、制御部５０の指示によって、切断用レーザビームＬＡ及び検査用レーザビームＬＢと対応する出力に切換え可能とされている。

アシストガス供給部３０は、例えば、窒素（不活性ガス）供給源と、酸素（支燃性ガス）供給源と、アシストガス制御部とを備え、窒素供給源及び酸素供給源から供給される窒素及び酸素をアシストガス制御部で混合、圧力調整してアシストガスＧを生成するようになっている。また、アシストガス供給部３０は、制御部５０の指示に基づいてレーザ加工ヘッド１０にアシストガスＧを供給するようになっている。

サーボ制御器４０は、制御部５０からの指示に基づいてレーザノズル１０Ａが搭載されたレーザ加工ヘッド１０をＸ軸方向（走行方向）、Ｙ軸方向（横行方向）、Ｚ軸方向（高さ方向）に移動させて鋼板Ｗの所定位置にレーザ加工ヘッド１０を移動させるとともに、定盤上を切断経路、検査区間に従って移動させるようになっている。

制御部５０は、例えば、信号ケーブル５１を介してレーザ発振器２０、アシストガス供給部３０、サーボ制御器４０と接続され、入力部（不図示）から入力された切断経路、切断区間、検査経路、検査区間等のＮＣデータに基づいてサーボ制御器４０に信号を出力してレーザ加工ヘッド１０の移動経路を指示するとともに、レーザ発振器２０、アシストガス供給部３０に指示するように構成されている。

また、制御部５０は、信号ケーブル５２を介してフォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２と接続され、フォトダイオード１２から入力された検査用レーザビームによって赤熱されたドロスが放射する放射光（例えば、可視光）の強度に基づいて、切断溝Ｈにおけるドロスの付着状況を判断するように構成されている。

この実施形態では、切断用レーザビームＬＡは、例えば、板厚１２．０ｍｍの鋼板では、ピーク出力３．０〜６．０Ｋｗ、周波数１０００Ｈｚ、デューティ７０〜１００％、速度９００〜２２５０（ｍｍ／ｍｉｎ）とされ、板厚２２．０ｍｍの鋼板では、ピーク出力４．２〜４．５Ｋｗ、周波数１００００Ｈｚ、デューティ８０％、速度７００〜７５０（ｍｍ／ｍｉｎ）とされている。
また、板厚１２．０ｍｍ、２２．０ｍｍの鋼板の場合のアシストガス圧力０．３５（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、シールドガス総流量１００（Ｌ／ｍｉｎ）とされている。

検査用レーザビームＬＢは、切断溝を形成した被加工材を傷つけない構成とされ、検出するべきドロス付着部に照射されるように焦点を調整するとともに、高いエネルギー密度で酸化反応を抑制する（すなわち、シールドガスの酸素濃度を低下させる）ことが必要であり、例えば、ピーク出力２．０ｋｗ、周波数１００Ｈｚ、デューティ１０％、速度６００（ｍｍ／ｍｉｎ）であり、切断用レーザビームＬＡより小出力とされている。また、このときのアシストガス圧力は０．３５（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、シールドガス総流量１００（Ｌ／ｍｉｎ）に設定されている。

以下、図２を参照して、製品を切り出す際にレーザ加工ヘッド１０が移動する切断経路、切断区間および検査用区間について説明する。

ここで、切断経路とは、レーザ加工ヘッド１０が切断溝Ｈを形成する際に移動する経路である。
また、切断区間とは、切断経路において切断溝Ｈを形成する際に、レーザ加工ヘッド１０が移動を開始する起点から移動を一旦終了する終点に至る区間をいう。

また、検査用経路とは、レーザ加工ヘッド１０が切断溝Ｈを検査する際に移動する経路である。
また、検査区間とは、切断溝Ｈを検査する区間であり、その前に形成された切断区間の全範囲又は一部範囲によって構成される区間をいう。

この実施形態において、検査区間におけるレーザ加工ヘッド１０の移動方向は、切断溝Ｈを形成する際のレーザ加工ヘッド１０の移動方向と逆の矢印Ｔ２方向に移動するように設定されている。
なお、検査用経路におけるレーザ加工ヘッド１０の移動方向を切断溝Ｈを形成する際のレーザ加工ヘッド１０の移動方向と逆方向とするか同方向とするかは任意に設定することができる。

第１実施形態においては、図２に示すように、鋼板Ｗから切り出される製品ＳＴは略矩形に設定されている。図２において、切断経路は、例えば、Ｐ１からＰ１０に至る経路により示している。

また、図２に実線で示すＰ１〜Ｐ２、Ｐ３〜Ｐ４、Ｐ５〜Ｐ６、Ｐ７〜Ｐ８、Ｐ９〜Ｐ１０はそれぞれ切断区間を示しており、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７は切断区間の始点を、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０は切断区間の終点を示している。

また、図２に破線で示すＰ２〜Ｐ３、Ｐ４〜Ｐ５、Ｐ６〜Ｐ７、Ｐ８〜Ｐ９はそれぞれ検査区間を示しており、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８は検査区間の始点を、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９は検査区間の終点を示している。なお、この実施形態では、切断区間Ｐ９〜Ｐ１０に切断溝Ｈを形成した後の検査は実施しない構成とされている。

この実施形態では、図２に示すように、検査区間は切断区間の全長にわたって設定されるのではなく、切断区間のうちドロスの付着を検知しやすい一部の区間により構成され、切断区間が重なる部分は二度切りするようになっている。なお、検査区間を切断区間全長にわたって設定してもよいし、例えば、Ｐ３をＰ２と一致させる等により二度切をしない構成としてもよい。

以下、図３〜図６を参照して、第１実施形態に係るレーザ切断装置の動作手順、切断溝の形成及び切断溝に付着したドロスの付着状況検査の一例について説明する。図３は、第１実施形態に係るレーザ加工装置の動作の一例を説明するフローチャートであり、ひとつの切断区間に関して切断溝を形成し、その後その切断区間に設定された検査区間に関して検査を終えるまでの動作を示している。また、図４は第１実施形態に係るレーザ加工装置による切断溝形成の一例を説明する概念図であり、図５はレーザ加工装置による切断溝に付着したドロスの付着状況検査の一例を説明する概念図である。

以下、図３に示すフローチャートに従ってレーザ切断装置１００の動作手順について説明する。
（１）まず、被加工材の切断経路を構成する切断区間（始点、終点）、それぞれの切断区間における検査区間（始点、終点）に関するＮＣデータ情報を取得する（Ｓ１）。
（２）次に、切断条件（例えば、切断用レーザビームを照射する際のレーザ発振器の出力）を取得、設定する（Ｓ２）。
（３）次いで、レーザヘッドを切断区間の始点に移動する（Ｓ３）。
（４）次に、レーザ発振器およびアシストガス供給装置を作動してレーザビーム照射部から切断用レーザビームを照射させるとともに、サーボ制御器４０を作動して切断経路に沿ってレーザヘッドを移動させる（Ｓ４）。

その結果、図４に示すように、レーザノズル１０Ａは、切断区間を矢印Ｔ１方向に移動しながらレーザビーム照射部１１からレーザビームＬＡを照射するとともにアシストガスを噴射して鋼板Ｗに切断溝Ｈを形成する。このとき、切断溝ＨにはドロスＤが付着する。
（５）切断区間の終点に到達したら、切断用レーザビームの照射およびアシストガスの供給を停止するとともに、サーボ制御器を停止してレーザ加工ヘッドの移動を停止する（Ｓ５）。
（６）次に、切断条件を検査用条件に変更して、レーザビーム照射部から検査用レーザビームが照射されるようにする（Ｓ６）。
（７）次いで、レーザヘッドを検査区間の始点に移動する（Ｓ７）。
（８）次いで、サーボ制御器４０を作動してＳ７で形成した切断溝における検査区間にわたってレーザ加工ヘッドを移動させながら、レーザ発振器を作動してレーザビーム照射部から切断溝に向かってアシストガスを噴射するとともに検査用レーザビームを照射してフォトダイオード（ドロス検出光検知部）によってドロス検出光を検知する（Ｓ８）。
この実施形態では、図２に示すように、例えば、検査区間におけるレーザノズルの移動は切断溝を形成する際とは逆方向である。

検査用レーザビームＬＢが照射されてドロスから放射されるドロス検出光ＬＣの検知は、図５に示すように、レーザ加工ヘッド１０が検査区間を矢印Ｔ２方向に移動しながら検査用レーザビームＬＢを照射し、ドロス検出光ＬＣをフォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２で検知する。
（９）検査区間の終点に到達したら、レーザ発振器を停止して検査用レーザビームの照射を停止するとともに、サーボ制御器を停止してレーザ加工ヘッド１０の移動を停止する（Ｓ９）。
（１０）切断溝裏面のドロス付着状況が許容範囲内かどうかを判断する（Ｓ１０）。
ドロス付着状況が許容範囲内かどうかは、検知したドロス検出光の強度と予め設定した閾値とを比較し、例えば、予め設定した検査長でドロス検出光が閾値を超えた割合を算出して判断する。切断溝裏面のドロス付着状況が許容範囲内である場合（Ｓ１０：Ｙｅｓ）はＳ１１に移行し、切断溝裏面のドロス付着状況が許容範囲外である場合（Ｓ１０：Ｎｏ）は、例えば、警報を出力して切断を中断する。

以下、図６を参照して、レーザ加工装置によるドロス付着状況の判断方法の概略の一例について説明する。図６は、第１実施形態に係るレーザ加工装置によるドロス付着状況の判断方法の概略の一例を説明する概念図である。図６において、横軸はＰ_ｎ−１〜Ｐ_ｎまでの検査区間の長さ（検査長）を、縦軸はドロス検出光の強さを、符号Ｖ１はドロス検出光の強さに関する閾値を示している。また、符号Ｖは検査区間におけるドロス検出光の強さである。
図６に示すように、検査区間の位置に応じてドロス検出光の強さＶが変化し、ドロス検出光の強さＶが閾値Ｖ１を超えた部分（網かけ部）の長さの総和を検査区間Ｐ_ｎ−１〜Ｐ_ｎの長さ寸法で除して、予め設定した検査長でドロス検出光が閾値を超えた割合を算出する。
なお、これはドロスの付着状況を判断する判断方法の一例であり、判断方法については任意に設定することができる。

（１１）残りの切断区間があるかどうか、すなわちすべての切断区間に切断溝を形成したかどうかを判断する（Ｓ１１）。
残りの切断区間がある場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）はＳ３に移行し、残りの切断区間がない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）はフローを終了する。
切断経路を切断するまでＳ１からＳ１１を実行する。

第１実施形態に係るレーザ加工装置１００によれば、被加工材に切断用レーザビームを照射して切断溝Ｈを形成した後に、形成した切断溝Ｈに検査用レーザビームＬＢを照射するとともに赤熱したドロスから放射されるドロス検出光ＬＣを検知し、ドロス検出光ＬＣに基づいて切断溝Ｈの裏面側のドロスＤの付着状況を判断するので、切断溝Ｈの裏面側のドロスＤの付着状況を容易かつ効率的に判断することができる。
その結果、被加工材裏面側にドロスＤが付着して発生する切断不良を効率的に抑制することができる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置１００によれば、ドロス検出光ＬＣにおける閾値を超える強度の割合によって切断溝裏面側のドロスＤの付着状況を判断するので、切断溝Ｈの裏面側のドロスＤの付着状況を安定して判断することができる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置１００によれば、切断用レーザビームの出力に用いられる発振器２０の出力を小さくして検査用レーザビームとして照射するとともに、レーザ加工ヘッド１０内部に配置されたフォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２によってドロスから放射されるドロス検出光ＬＣを検知するように構成されているので、構造を簡素化するとともにレーザ加工装置１００が大型化及び製造コストが増大するのを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を説明する概念図であり、図７において、符号２００はレーザ加工装置を、符号１０はレーザ加工ヘッド１０を、符号１２Ａはフォトダイオード（ドロス検出光検知部）を、符号６０はベンディングミラー（特定波長帯域反射ミラー）を示している。

レーザ加工装置２００は、図７に示すように、例えば、レーザ加工ヘッド１０と、レーザビーム照射部１１と、フォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２Ａと、コリメートレンズ１３と、集光レンズ１４と、レーザ発振器２０と、アシストガス供給部（アシストガス供給手段）３０と、サーボ制御器（ノズル移動手段）４０と、制御部５０と、ベンディングミラー（特定波長帯域反射ミラー）６０とを備え、レーザ加工ヘッド１０のノズル孔１０Ｈから鋼板（被加工材）Ｗに表面側から切断用レーザビームＬＡを照射して鋼板Ｗに切断溝Ｈを形成するようになっている。

レーザノズル１０Ａは、図７に示すように、先端にノズル孔１０Ｈが形成され、レーザ加工ヘッド１０の内部には集光レンズ１４が配置されている。
また、レーザ加工ヘッド１０の上方にはベンディングミラー６０がレーザノズル１０Ａの軸線に対して４５°傾けて配置され、ベンディングミラー６０の背後（ノズル孔１０Ｈと反対側）にはフォトダイオード（ドロス検出光検知部）１２Ａが配置されている。

そして、レーザビーム照射部１１は、光軸をレーザノズル１０Ａの軸線に対して９０°（ベンディングミラー６０に対して９０°）傾けて配置されていて、照射した切断用レーザビームＬＡ及び検査用レーザビームＬＢがベンディングミラー（特定波長帯域反射ミラー）６０で反射されて集光レンズ１４を介してノズル孔１０Ｈに導かれ、ノズル孔１０Ｈから照射されて鋼板Ｗに切断溝Ｈを形成するように構成されている。

また、レーザビーム照射部１１で出力された検査用レーザビームＬＢは、切断溝Ｈの裏面側に形成されたドロスが赤熱されて放射するドロス検出光（例えば、可視光）はノズル孔１０Ｈを介してレーザ加工ヘッド１０内に入射され、ベンディングミラー６０を透過してフォトダイオード（光センサ）１２Ａによって検知されるようになっている。そのほかは、第１実施形態と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。

第２実施形態に係るレーザ加工装置２００によれば、切断用レーザビーム照射部１１からノズル孔１０Ｈまでの間にベンディングミラー６０を配置し、切断用レーザビームＬＡ及び切断用レーザビームＬＡの出力に用いる発振器２０の出力を小さくして照射した検査用レーザビームＬＢをベンディングミラー６０で反射させてノズル孔１０Ｈから照射させるとともに、ベンディングミラー６０の背後に配置したフォトダイオード１２Ａがベンディングミラー６０を過したドロス検出光による加工点での可視光を検知するので、構造の簡素化とレーザ加工装置２００が大型化及び製造コストが増大するのを抑制することができる。

また、第２実施形態に係るレーザ加工装置２００によれば、フォトダイオード１２Ａを加工点の直上に配置することが可能であるので、検出精度が向上し誤検知を抑制することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。

例えば、上記実施の形態においては、検知したドロス検出光の強度と予め設定した閾値とを比較し、予め設定した検査長でドロス検出光が閾値を超えた割合が許容範囲内かどうかによりドロス付着状況を判断する場合について説明したが、例えば、ドロス検出光の強度を積分して得たドロス検出光の総反射量、ドロス検出光が閾値を超えた長さやドロス検出光のモード等に基づいてドロス付着状況を判断してもよく、ドロス付着状況の判断については任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、レーザ発振器２０の出力を切換えることによって切断用レーザビームと検査用レーザビームを照射する場合について説明したが、切断用レーザビームと検査用レーザビームを別のレーザ発振器によって構成してもよい。

また、上記実施の形態においては、レーザビーム照射部１１で出力された検査用レーザビームＬＢがレーザノズル１０Ａのノズル孔１０Ｈから照射され、検査用レーザビームＬＢによって赤熱されたドロスから放射されるドロス検出光（例えば、可視光）ＬＣがノズル孔１０Ｈを介してレーザ加工ヘッド１０内に配置されたフォトダイオード（光センサ）１２によって検知される場合について説明したが、切断用レーザビームＬＡの照射部とは別々にレーザ加工ヘッド１０の外部に設けられたレーザビーム照射部１から検査用レーザビームＬＢを照射するとともにレーザ加工ヘッド１０の外部に配置された光センサによってドロス検出光ＬＣを受光する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、ドロス検出光が、検査用レーザビームＬＢによって赤熱されたドロスから放射されるドロス放射光（可視光）ＬＣである場合について説明したが、ドロス放射光に代えて、検査用レーザビームＬＢの反射光、ドロス放射光と反射光の総法を含んだドロス検出光を用いてもよいし、赤外線等のドロス放射光を用いてもよい。

また、上記実施の形態においては、例えば、レーザ発振器２０がファイバーレーザである場合について説明したが、レーザ発振器２０の種類、照射ビームの種類（連続、パルス）、レーザビームの出力、周波数、デューティ等については、任意に設定してもよい。

例えば、上記実施の形態においては、被加工材が鋼板Ｗである場合について説明したが、切断に際してドロスが発生する種々の金属板に対して適用することができる。
また、アシストガスＧの種類についても任意に設定することができる。

本発明に係るレーザ加工方法、レーザ加工装置よれば、レーザビームを照射して被加工材を切断する際に、被加工材裏面側にドロスが付着することに起因して切断不良が発生するのを効率的に抑制することができるので産業上利用可能である。

ＬＡ切断用レーザビーム
ＬＢ検査用レーザビーム
ＬＣドロス検出光
Ｄドロス（付着したドロス）
Ｇアシストガス
Ｗ鋼板（被加工材）
１０レーザ加工ヘッド
１０Ａレーザノズル
１０Ｈノズル孔
１１レーザビーム照射部
１２、１２Ａフォトダイオード（ドロス検出光検知部）
２０レーザ発振器
３０アシストガス供給部（アシストガス供給手段）
４０サーボ制御器（レーザ加工ヘッド移動手段）
５０制御部
６０特定波長帯域反射ミラー
１００レーザ加工装置

Claims

被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するレーザ加工方法であって、
前記被加工材の表面側から切断用レーザビームを照射して切断溝を形成し、前記切断溝に沿って移動しながら前記表面側から検査用レーザビームを照射するとともに、前記検査用レーザビームにより加熱されたドロスから放射されるドロス放射光と前記検査用レーザビームがドロスで反射された反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知し、前記ドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断することを特徴とするレーザ加工方法。
請求項１に記載のレーザ加工方法であって、
前記ドロス検出光の強度が閾値を超える割合に基づいて前記切断溝裏面側のドロス付着状況を判断することを特徴とするレーザ加工方法。
被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するレーザ加工装置であって、
ノズル孔からアシストガスを噴射するとともに切断用レーザビームを照射するレーザ加工ヘッドと、
前記切断用レーザビームを照射する切断用レーザビーム照射部と、
前記切断用レーザビームを出力する切断用レーザ発振器と、
検査用レーザビームを照射する検査用レーザビーム照射部と、
前記検査用レーザビームを出力する検査用レーザ発振器と、
前記検査用レーザビームにより加熱されたドロスから放射されるドロス放射光と前記検査用レーザビームがドロスで反射された反射光の少なくともいずれか一方を含むドロス検出光を検知するドロス検出光検知部と、
前記レーザ加工ヘッドにアシストガスを供給するアシストガス供給手段と、
前記レーザ加工ヘッドを移動させるレーザ加工ヘッド移動手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記被加工材の表面側から切断用レーザビームを照射して切断溝を形成し、前記切断溝に沿って移動しながら前記表面側から検査用レーザビームを照射するとともに、前記ドロス検出光検知部が検知したドロス検出光に基づいて切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
請求項３に記載のレーザ加工装置であって、
前記制御部は、
前記ドロス検出光の強度が閾値を超える割合に基づいて前記切断溝裏面側のドロス付着状況を判断するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
請求項３又は４に記載のレーザ加工装置であって、
前記切断用レーザビームの出力に用いる発振器の出力を小さくして検査用レーザビームとして照射するとともに、前記レーザ加工ヘッド内部に配置されたドロス検出光検知部によって前記ドロス検出光を検知するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
請求項３又は４に記載のレーザ加工装置であって、
前記切断用レーザビーム照射部から前記ノズル孔までの間に、前記切断用レーザビームの波長帯域を反射し前記ドロス検出光を透過する特定波長帯域反射ミラーを配置し、
前記切断用レーザビーム及び前記切断用レーザビームの出力に用いる発振器の出力を小さくして照射した検査用レーザビームを前記特定波長帯域反射ミラーで反射させて前記ノズル孔から照射させるとともに、前記特定波長帯域反射ミラーの背後に配置した光センサによって前記特定波長帯域反射ミラーを透過したドロス検出光による加工点での可視光を検知するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。