JP2020163393A - レーザー切断装置及びレーザー切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板状素材から切り離された直後の板状部材がアシストガスによって吹き飛ばされることのないレーザー切断装置を提供する。【解決手段】板状素材１１０の切断予定ラインに沿って板状素材１１０の上方からレーザービームを照射するレーザートーチ２と、レーザービームの照射によって生成した溶融物に対して板状素材１１０の上方からアシストガスＧを吹き付けるアシストガスノズル３と、板状素材１１０が配置される支持床４と、支持床４上にあって、板状素材１１０を支持床４から離間させるスペーサ５と、を備えたレーザー切断装置を採用する。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザー切断装置及びレーザー切断方法に関する。

レーザー切断法によって素材を切断する場合は、素材の切断予定ラインに沿ってレーザートーチからレーザービームを照射するとともにガスノズルからアシストガスを噴射して、レーザービーム照射の照射によって生成した溶融物をアシストガスで吹き飛ばしながら、レーザー切断を行う。レーザー切断法は、素材に対して機械的な応力を加えることなく切断でき、また、切断予定ラインに沿って正確な切断が可能であることから、様々な分野で利用されている。特許文献１には、レーザー切断機の一例が記載されている。

また、省力化の推進のため、素材から各種の部品を切り出す作業を全自動で行うことが要望されている。そこで、レーザー切断機にロボットアームを追加設置したレーザー切断装置が利用されている。このようなレーザー切断装置においては、ロボットアームによってレーザー切断装置の支持床に素材を設置する。また、素材から切り離された部品を支持床から回収する際にもロボットアームが使われる。ロボットアームは一般に、同じ動作を繰り返し行うように設定されているため、素材から切り離された部品は、特定の回収予定位置に留まっていることが望ましい。

レーザー切断法は、上述のように、機械的に応力を加えずに切断可能であり、また、切断予定ラインに沿って正確に切断可能であることから、例えば、引張試験片や硬度測定用の試験片となる板状部材を板状素材から切り出す際に用いられている。板状部材の切り出し作業を自動化する場合は、上述のようなロボットアームを備えたレーザー切断装置を使用することが望ましい。

板状素材から板状部材を切り離す際には、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、板状素材１１０の切断予定ライン２０に沿ってレーザービームＬを照射するとともにアシストガスＧを噴射することで、所定の形状の板状部材１１１を板状素材１１０から切り離している。なお、符号２はレーザートーチであり、符号３はアシストガスノズルである。また、符号４は板状素材１１０を設置する支持床であり、ハニカム材からなる。切り離された直後の板状部材１１１は、切断後の板状素材１１０とともに位置が変わらないまま、支持床４上に置かれた状態になる。しかし、厚みが比較的薄い板状素材１１０から切り離された板状部材１１１は、重量が軽くなったために、板状素材１１０から完全に切り離された直後に、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すようにアシストガスＧの噴射によって煽られてしまい、予期しない位置に吹き飛ばされる場合がある。

板状部材１１１が予期しない位置に吹き飛ばされてしまうと、ロボットアームによる回収が困難になるので、作業者が回収にあたる必要がある。また、板状部材１１１が床面に落下してしまうと、落下の衝撃で板状部材１１１が変形もしくは破断してしまう場合もある。対策として、切断中の板状部材１１１を固定することが考えられるが、切断中の板状部材１１１の周囲にはレーザートーチ２が移動しているため、レーザートーチ２との干渉を避けつつ板状部材１１１を固定することは困難である。

特許文献１には、剣山ピンの上にハニカムを設置し、更にその上に被加工物を設置してレーザー切断加工を行う方法が記載されているが、切断後のサンプルがアシストガスによって吹き飛ばされる事象への対策は、何ら検討されていない。

特開昭６２−１３２９３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、板状素材から切り離された直後の板状部材がアシストガスによって吹き飛ばされることのないレーザー切断装置及びレーザー切断方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ レーザー切断により板状素材から板状部材を切り離すレーザー切断装置であって、
前記板状素材の切断予定ラインに沿って前記板状素材の上方からレーザービームを照射するレーザートーチと、
前記レーザービームの照射によって生成した溶融物に対して前記板状素材の上方からアシストガスを吹き付けるアシストガスノズルと、
前記板状素材が配置される支持床と、
前記支持床上にあって、前記板状素材を前記支持床から離間させるスペーサと、を備えたレーザー切断装置。
［２］ 前記スペーサの高さを、５mm以上の高さまたは前記板状素材の厚みを超える高さのいずれか大きい高さとする［１］に記載のレーザー切断装置。
［３］ 前記支持床がハニカム材からなる［１］または［２］に記載のレーザー切断装置。
［４］ 前記アシストガスノズルに前記アシストガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部を制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部は、
前記板状素材の前記切断予定ラインのレーザー切断を、切断開始位置から途中位置まで切断する第１切断ステップと、前記途中位置から切断終了位置まで切断する第２切断ステップとに分けた場合に、前記第２切断ステップにおける前記アシストガスの流量を、前記第１切断ステップにおける前記アシストガスの流量より低くするように、前記ガス供給部を制御することを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載のレーザー切断装置。

［５］ レーザー切断により板状素材から１または２以上の板状部材を切り離すレーザー切断方法であって、
支持床の上に、スペーサを介して前記板状素材を配置する準備工程と、
前記板状素材の切断予定ラインに沿って前記板状素材の上方から前記レーザービームを照射しつつ前記板状素材の上方から前記アシストガスを吹き付けることにより前記板状素材をレーザー切断して、前記板状素材から前記板状部材を切り離して前記支持床上に落下させる切断工程と、
を備えることを特徴とする、レーザー切断方法。
［６］ 前記スペーサの高さを、５mm以上の高さまたは前記板状素材の厚みを超える高さのいずれか大きい高さとする［５］に記載のレーザー切断方法。
［７］ 前記切断工程において、
前記板状素材の前記切断予定ラインのレーザー切断を、切断開始位置から途中位置まで切断する第１切断ステップと、前記途中位置から切断終了位置まで切断する第２切断ステップとに分けて行い、前記第２切断ステップにおける前記アシストガスの流量を、前記第１切断ステップにおける前記アシストガスの流量より低くすることを特徴とする［５］または［６］に記載のレーザー切断方法。
［８］ 前記板状素材から２以上の前記板状部材を切り離す場合に、
前記切断工程において、全部の前記板状部材に対して順次前記第１切断ステップを行い、次いで、全部の前記板状部材に対して順次前記第２切断ステップを行い、前記第２切断ステップにおける前記アシストガスの流量を、前記第１切断ステップにおける前記アシストガスの流量より低くすることを特徴とする［７］に記載のレーザー切断方法。

本発明のレーザー切断装置では、支持床上にスペーサが配置されており、スペーサ上に板状素材を設置することによって、板状素材は支持床から離間させられた状態でレーザー切断される。レーザー切断によって板状素材から切り離された板状部材は、支持床の上に落下する。落下した板状部材は、アシストガスノズルから遠ざけられる。これにより、板状素材から切り離された板状部材は、アシストガスの噴流の影響を受けにくくなる。よって、本発明のレーザー切断装置によれば、アシストガスによって板状部材が吹き飛ばされるおそれをなくすことができる。

また、本発明のレーザー切断装置によれば、スペーサの高さが５ｍｍ以上の高さまたは板状素材の厚みを超える高さのうちのより大きな高さなので、支持床に落下後の板状部材とアシストガスノズルとの距離を遠ざけることができ、アシストガスの噴流の影響をより受けにくくすることができる。また、スペーサの高さを少なくとも板状素材の厚みを超える高さとすることで、落下した板状部材と、スペーサ上に残った板状素材との間に隙間を設けることができ、アシストガスをこの隙間から逃がすことができる。これにより、落下した板状部材がアシストガスによって煽られず、アシストガスによって移動させられることがない。

更に、本発明のレーザー切断装置によれば、支持床がハニカム材からなるので、アシストガスの噴流を通過させて逃がすことができる。これにより、支持床に落下した板状部材が、アシストガスの噴流によって移動させられることがない。

更に、本発明のレーザー切断装置によれば、ガス供給部と制御部とを更に備え、制御部は、板状素材の切断予定ラインのレーザー切断を第１切断ステップと第２切断ステップとに分けた場合に、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするように、ガス供給部を制御するので、板状部材が板状素材から切り離される直前のアシストガスを少なくすることができ、アシストガスによって板状部材が吹き飛ばされることを防止できる。

次に、本発明のレーザー切断方法によれば、支持床の上に、スペーサを介して板状素材を配置した状態で、板状素材の上側からレーザービームを照射するとともにアシストガスを吹き付けることにより板状素材をレーザー切断して板状部材を切り離し、支持床に落下させることで、板状部材がアシストガスの噴流の影響を受けにくくなり、切断後の板状部材がアシストガスによって吹き飛ばされるおそれをなくすことができる。

また、本発明のレーザー切断方法によれば、スペーサの高さが５ｍｍ以上の高さまたは板状素材の厚みを超える高さのうちのより大きな高さなので、支持床に落下後の板状部材とアシストガスノズルとの距離を遠ざけることができ、アシストガスの噴流の影響をより受けにくくすることができる。また、スペーサの高さを少なくとも板状素材の厚みを超える高さとすることで、落下した板状部材と、スペーサ上に残った板状素材との間に隙間を設けることができ、アシストガスをこの隙間から逃がすことができる。これにより、落下した板状部材がアシストガスによって煽られず、アシストガスによって移動させられることがない。

また、本発明のレーザー切断方法によれば、切断工程において、板状素材の切断予定ラインのレーザー切断を第１切断ステップと第２切断ステップとに分けた場合に、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするので、板状部材が板状素材から切り離される直前のアシストガスを少なくすることができ、アシストガスによって板状部材が吹き飛ばされることを防止できる。

また、本発明のレーザー切断方法によれば、板状素材から２以上の板状部材を切り離す場合に、切断工程において、全部の板状部材に対して順次第１切断段階を行い、次いで、全部の板状部材に対して順次第２切断段階を行い、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするので、板状部材を切り離す際に、先に切断されて支持床上に落下した板状部材が、次に切断する板状素材に対するアシストガスによって吹き飛ばされるおそれがない。

図１は、本発明の実施形態であるレーザー切断装置を示す模式図。 図２は、本発明の実施形態であるレーザー切断装置の要部を示す図であって、（ａ）は支持床及びスペーサを示す斜視図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）はスペーサ上に板状素材を載せた状態を示す側面図であり、（ｄ）はレーザートーチの断面模式図。 図３は、本発明の実施形態であるレーザー切断方法の一例を説明する図であって、（ａ）は準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は準備工程を示す平面図であり、（ｃ）及び（ｄ）はレーザートーチの動作を説明する平面模式図。 図４は、本発明の実施形態であるレーザー切断方法の一例を説明する図であって、（ａ）は切断工程を示す側面図であり、（ｂ）は切断工程を示す平面図。 図５は、本発明の実施形態であるレーザー切断方法を説明する模式図。 図６は、本発明の実施形態であるレーザー切断方法を説明する模式図。 図７は、レーザー切断方法の問題点を説明する図であって、（ａ）は準備工程を示す平面図であり、（ｂ）は切断工程を示す平面図であり、（ｃ）は切断工程を示す側面図。 図８は、本発明の実施形態であるレーザー切断方法の別の例を説明する図であって、（ａ）は準備工程を示す平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は切断工程を示す平面図。 図９は、従来のレーザー切断方法を説明する図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図。 図１０は、従来のレーザー切断方法を説明する図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図。

本発明の実施形態であるレーザー切断装置及びレーザー切断方法について図面を参照して説明する。
図１には本実施形態のレーザー切断装置の全体図を示し、図２にはレーザー切断装置の要部を示す。図１及び図２に示すように、本実施形態のレーザー切断装置１は、レーザートーチ２と、レーザートーチ２に設けられたアシストガスノズル３と、支持床４と、スペーサ５とを備えている。また、本実施形態のレーザー切断装置１は、アシストガスノズル３にアシストガスを供給するガス供給部６と、制御部７と、レーザー発振器８と、光ファイバ９と、ＸＹ移動ステージ１０と、基台１１と、ロボットアーム１２と、サンプルストッカー１３とを備えている。

支持床４には板状素材１１０が置かれる。板状素材１１０の材質は特に制限はなく、金属、ガラス、セラミックスなど、レーザー切断によって切断可能なものであれば制限はない。例えば、鋼板、ステンレス板、チタン板、アルミ板、銅板のいずれでもよく、また、これら列挙したものに限定されない。板状素材１１０の厚みは、例えば１ｍｍ以下がよい。

レーザートーチ２は、板状素材１１０の切断予定ライン２０に沿って板状素材１１０の上方からレーザービームＬを照射させる。
アシストガスノズル３は、レーザートーチ２の先端に設けられており、レーザービームＬの照射によって生成した溶融物に対して板状素材１１０の上方からアシストガスを吹き付ける。溶融物は、アシストガスによって吹き飛ばされる。溶融物がアシストガスで吹き飛ばされることで、板状素材１１０が切断される。

図２（ｄ）にレーザートーチの断面模式図を示す。レーザートーチ２には、その内部に、光ファイバ９から伝送されたレーザーを集光させる光学系２ａが備えられている。また、アシストガスノズル３がレーザートーチ２の先端に設けられている。

支持床４は、ハニカム材で構成されており、アシストガスを透過できるようになっている。また、支持床４はレーザービームＬも透過可能であり、板状素材１１０を通過したレーザービームＬを通過させることができる。また、支持床４には板状素材１１０が配置される。レーザー切断時にアシストガスによって吹き飛ばされた溶融物が、アシストガスとともに支持床４を通過する。これにより、板状素材１１０への溶融物の再付着が防止される。支持床４の上面は水平面とされる。

スペーサ５は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように支持床４上に設置されている。板状素材１１０は、図２（ｃ）に示すように、２つのスペーサ５の上に載せられる。これにより、支持床４と板状素材１１０との間にギャップ３０が設けられる。スペーサ５の高さは、５mm以上の高さまたは前記板状素材の厚みを超える高さのいずれか大きい高さとすることが好ましい。これにより、板状素材１１０と支持床４との間の間隔が５ｍｍ以上か、または板状素材１１０の厚みを超える寸法になる。

ガス供給部６は、アシストガスノズル３にアシストガスを供給する。アシストガスは、一般的なレーザー切断に使われるガスでよく、例えば,酸素、窒素または空気でもよい。

制御部７は、ガス供給部６、レーザー発振器８、ＸＹ移動ステージ１０及びロボットアーム１２を制御するものである。特に制御部７は、ガス供給部６を制御し、アシストガスノズル３から噴射されるアシストガスの流量を調整する。すなわち、制御部７は、板状素材１１０の切断予定ラインのレーザー切断を、切断開始位置から途中位置まで切断する第１切断ステップと、途中位置から切断終了位置まで切断する第２切断ステップとに分けた場合に、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするようにガス供給部６を制御する。制御部７の動作の詳細は後述する。

レーザー発振器８は、レーザーを発振させる。レーザーの種類は特に限定されないが、本実施形態のようなレーザー切断装置１ではファイバーレーザーを用いることが好ましい。
光ファイバ９は、レーザー発振器８において生成したレーザーをレーザートーチ２に伝送する。レーザーは、レーザートーチ２に内蔵された光学系２ａによって集光されてレーザービームＬとして出射される。レーザー発振器８は制御部７によってその動作が制御される。

ＸＹ移動ステージ１０は、レーザートーチ２をＸ方向及びＹ方向に移動させる。これにより、レーザービームＬを板状素材１１０の切断予定ラインに沿って照射させることができ、また、アシストガスを切断予定ラインに沿って噴射させることができる。ＸＹ移動ステージ１０は制御部７によってその動作が制御される。

基台１１には、支持床４が置かれる。

ロボットアーム１２は、板状素材１１０及び板状部材１１１を吸引保持できるものであり、加工前の板状素材１１０を支持床４の上に設置し、また、切断後の板状素材１１０を支持床４から撤去する。また、切り離された板状部材１１１をサンプルストッカー１３に搬送する。ロボットアーム１２は、同じ動作を繰り返し行うように設定されているため、板状素材１１０及び板状部材１１１は、予め設定された位置に留まっていることが求められる。

サンプルストッカー１３には、切り離された板状部材１１１が集積される。

次に、上記のレーザー切断装置１によるレーザー切断方法の一例を説明する。以下の説明では、レーザー切断により板状素材１１０から１つの板状部材１１１を切り離すレーザー切断方法について説明するが、切り離す版状部材の個数は１つに限定されない。

板状素材１１０から切り離される板状部材１１１は、例えば、引張試験片や硬度測定用の試験片として利用される。厚みが比較的薄い板状素材１１０から切り離される板状部材１１１は、重量が軽く、かつ、平面視したときの面積が板厚の割に大きいため、気流の影響を受けやすい。一方、アシストガスは、レーザービームＬによって溶融した溶融物を吹き飛ばす必要があることから、例えば８００Ｌ／分程度の流量でアシストガスノズル３から吹き出されるため、板状素材１１０は相当な風圧を受ける。そのため、板状部材１１１は、板状素材１１０から切り離された直後に、アシストガスの噴流によって煽られ、予期しない位置に吹き飛ばされる場合がある。そこで、本実施形態では、スペーサ５の上に板状素材１１０を設置してレーザー切断を行い、切り離した板状部材１１１を支持床４の上に落下させることで、板状部材１１１がアシストガスによって吹き飛ばされることを防止する。

本実施形態のレーザー切断方法は、支持床４の上に、スペーサ５を介して板状素材１１０を配置する準備工程と、板状素材１１０をレーザー切断して、板状素材１１０から板状部材１１１を切り離して支持床上に落下させる切断工程とを行う。以下、各工程について説明する。

まず、準備工程では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、支持床４の上にスペーサ５を配置し、更にスペーサ５上に板状素材１１０を載せる。板状素材１１０の設置は、ロボットアーム１２によって行う。これにより、支持床４と板状素材１１０との間にはギャップ３０が設けられる。ギャップ３０の高さは、スペーサ５の高さと同じになり、５mm以上かつ板状素材１１０の厚みを超える高さとなる。板状素材１１０には、図３（ｂ）に示すように、切断予定ライン２０が設定される。切断予定ライン２０は、板状素材１１０から板状部材１１１を切り離す際にレーザー切断される仮想の切断線である。板状部材１１１の形状に合わせて適宜設定される。切断予定ライン２０の設定データは例えば制御部７の記憶されている。

次に、切断工程では、板状素材１１０の切断予定ライン２０に沿って板状素材１１０の上方からレーザービームＬを照射する。また、板状素材１１０の上方からアシストガスＧを吹き付ける。レーザービームＬの照射により板状素材１１０の材料が加熱されて溶融物となり、更にこの溶融物がアシストガスＧによって吹き飛ばされる。これにより、切断予定ライン２０に沿って板状素材１１０の材料が取り除かれる。このようにして板状素材１１０が切断予定ライン２０に沿ってレーザー切断される。レーザー切断による切り代の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。

切断予定ライン２０に沿ってレーザー切断する場合は、例えば図３（ｃ）に示すように、切断予定ライン２０の切断開始位置２１からレーザービームLの照射を開始し、例えば、時計回り方向に沿ってレーザービームLを移動させる。なお、レーザービームＬの移動方向は反時計回り方向でもよい。そして、切断終了位置２２に至るまでレーザー切断を行う。切断開始位置２１と切断終了位置２２は同じ位置である。レーザービームLが切断終了位置２２に到達することで、板状素材１１０から板状部材１１１が完全に切り離される。切断開始位置２１から切断終了位置２２までの間の切断速度は一定とする。すなわち、レーザートーチ２の移動速度を一定とし、また、アシストガスの流量も一定とする。これにより、切断された端部の品質が一定に保たれる。

板状素材１１０から完全に切り離された板状素材１１は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、自重で支持床４上に落下する。支持床４の上面が水平面なので、落下後の板状部材１１１は水平に置かれる。スペーサ５の高さが板状素材１１０の厚みを超える高さとされているので、板状部材１１１の上面１１１ａは、板状素材１１０の下面１１０aよりも低い位置になる。これにより、板状部材１１１と板状素材１１０との間には隙間が生じる。レーザー切断終了後もアシストガスノズル３からはアシストガスが噴射されているが、板状部材１１１は落下することによって少なくとも５ｍｍ以上、または板状素材１１０の厚み超の距離までレーザートーチ２から離れるため、アシストガスの噴流の影響を受けにくい。また、板状素材１１０の下面１１０ａと板状部材１１１の上面１１１ａとの間に隙間ができるが、アシストガスの一部はこの隙間を通って支持床４を通過するため、板状部材１１１に直接作用するアシストガスは少なくなる。これにより、板状素材１１０から切り離された板状部材１１１は、落下直後の位置に留まるようになり、アシストガスに吹き飛ばされて位置を大きく変えられることがなく、水平姿勢で置かれたままとなる。

図５に示すように、スペーサ５の高さが高すぎると、板状部材１１１の落下距離が長くなって落下中にアシストガスの影響を受けやすくなり、板状部材１１１が真下に落下せず、斜め下方向に落下するおそれがあるので、スペーサ５の高さは板状部材１１１の板厚の３倍以内にすることが好ましく、２倍以内にしてもよい。

また、図６に示すように、スペーサ５の高さが低すぎると、板状素材１１０の下面１１０ａと板状部材１１１の上面１１１ａとの間に隙間ができず、アシストガスの逃げ道がなくなってしまい、板状部材１１１に対するアシストガスの影響が大きくなり、一度落下した板状部材１１１が吹き飛ばされるおそれがあるので、スペーサ５の高さは５ｍｍ以上または板状素材１１０の厚みを超える高さのいずれか大きいほうにするとよい。

切断された板状素材１１０及び板状部材１１１は、それぞれ、ロボットアーム１２によって保持されて搬送される。板状部材１１１はサンプルストッカー１３に搬送される。板状部材１１１の位置が落下位置から大きく変わらないため、予め動作が設定されたロボットアーム１２によって確実に保持される。

上述したレーザー切断方法の一例では、レーザートーチ２の移動速度を一定にする例を説明したが、本発明はこれに限らず、切断予定ライン２０の途中で切断速度を低下させてもよい。すなわち、図３（ｄ）に示すように、切断予定ライン２０の切断開始位置２１と切断終了位置２２との間に途中位置２３を設けておき、切断開始位置２１から途中位置２３までを切断する第１切断ステップと、途中位置２３から切断終了位置２２までを切断する第２切断ステップとを順次行う。そして、第１切断ステップの切断速度に対して、第２切断ステップの切断速度を遅くしてもよい。途中位置２３は、切断終了位置２２の近くに設定するとよい。例えば、途中位置２３と切断終了位置２２との間の距離を切断予定ライン２０の全長の１０％以下にしてもよい。途中位置２３から切断終了位置２２までの距離が長いと、切断速度を遅くする区間が長くなり、レーザー切断の所要時間が長くなってしまうので、なるべく短い距離にするとよい。

第１切断ステップに対して第２切断ステップの切断速度を遅くすると、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を小さくすることができる。すなわち、途中位置２３から切断終了位置２２までの切断速度を遅くしてこの区間のアシストガスの流量を低下させることで、板状素材１１０から切り離された板状部材１１１に対するアシストガスの影響をより小さくすることができ、板状部材１１１をそのまま真下に落下させることができる。

次に、上記のレーザー切断装置１によるレーザー切断方法の他の例を説明する。以下の説明では、レーザー切断により板状素材１１０から２つ以上の板状部材１１５を切り離すレーザー切断方法を説明する。

図７（ａ）には、１枚の板状素材１１０から２以上の板状部材１１５を切り離す場合の切断予定ライン４０を示している。図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、１枚の板状素材１１０から複数枚の板状部材１１５を１枚ずつ順次切り離そうとすると、先に切り離された板状部材１１５が、次に切り離される板状部材１１５に対するアシストガスの噴射の影響をうけて、先に切り離された板状部材１１５が吹き飛ばされる場合がある。

そこで、板状素材１１０から複数枚の板状部材１１５を切り離す場合は、例えば、図８（ａ）に示すように、各板状部材１１５に対して切断予定ライン４０をそれぞれ設定する。また、切断予定ライン４０にはそれぞれ、切断開始位置４１、途中位置４３及び切断終了位置４２を設定する。次に、図８（ｂ）に示すように、全部の板状部材１１５に対して順次第１切断ステップを行う。すなわち、全ての板状部材１１５の切断予定ライン４０において、切断開始位置４１から途中位置４３までをレーザー切断する。図８（ｂ）の実線は切断した切断線である。途中位置４３と切断終了位置４２との間は切断されておらず、板状部材１１５は板状素材１１０から完全に切り離されていない。次に、図８（ｃ）に示すように、全部の板状部材１１５に対して順次第２切断ステップを行う。すなわち、全ての板状部材１１５の切断予定ライン４０において、途中位置４３から切断終了位置４２までをレーザー切断する。このとき、第１切断ステップの切断速度に対して、第２切断ステップの切断速度を遅くする。途中位置４３は、切断終了位置４２の近くに設定する。例えば、途中位置４３と切断終了位置４２との間の距離を切断予定ライン４０の全長の１０％以下にする。

第１切断ステップに対して第２切断ステップの切断速度を遅くすると、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量が小さくなる。すなわち、板状部材１１５の切り離し直前の段階で、アシストガスの流量を小さくする。これにより、先に切り離された板状部材１１５に対して、次に切り離す予定の板状部材１１５を切断する際のアシストガスの影響を小さくすることができる。これにより、各板状部材１１５をそのまま真下に落下させることができる。

以上説明したように、本実施形態のレーザー切断装置１及びレーザー切断方法では、支持床４上にスペーサ５が配置されており、スペーサ５上に板状素材１１０を設置することによって、板状素材１１０は支持床４から離間させられた状態でレーザー切断される。レーザー切断によって板状素材１１０から切り離された板状部材１１１、１５は、支持床４の上に落下する。落下した板状部材１１１、１１５は、アシストガスノズル３から遠ざけられる。これにより、板状素材１１０から切り離された板状部材１１１、１１５は、アシストガスの噴流の影響を受けにくくなる。よって、本実施形態のレーザー切断装置１によれば、アシストガスによって板状部材１１１、１１５が吹き飛ばされるおそれをなくすことができる。

また、落下した板状部材１１１、１１５の位置は、予定されていた位置であるため、ロボットアーム１２によって確実に回収できる。これにより、本実施形態のレーザー切断装置１及びレーザー切断方法によれば、完全自動化の障害になっていたアシストガスによる板状部材１１１、１１５の吹き飛ばしの事象を防止でき、完全自動化を実現できる。

また、支持床４に落下した板状部材１１１、１１５は、水平姿勢に保たれるので、ロボットアーム１２によって容易に回収できるようになる。

また、本実施形態のレーザー切断装置１及びレーザー切断方法によれば、スペーサの高さが５ｍｍ以上の高さまたは板状素材１１０の厚みを超える高さのうちのより大きな高さなので、支持床４に落下後の板状部材１１１、１１５とアシストガスノズル３との距離を遠ざけることができ、アシストガスの噴流の影響をより受けにくくすることができる。また、スペーサ５の高さを少なくとも板状素材１１０の厚みを超える高さとすることで、落下した板状部材１１１、１１５と、スペーサ５上に残った板状素材１１０との間に隙間を設けることができ、アシストガスをこの隙間から逃がすことができる。これにより、落下した板状部材１１１、１１５がアシストガスによって煽られず、アシストガスによって移動させられることがない。

更に、本実施形態のレーザー切断装置１によれば、支持床４がハニカム材からなるので、アシストガスの噴流を通過させて逃がすことができる。これにより、支持床４に落下した板状部材１１１、１１５が、アシストガスの噴流によって移動させられることがない。

更に、本実施形態のレーザー切断装置１によれば、ガス供給部６と制御部７とを更に備え、制御部７は、板状素材１１０の切断予定ライン２０、４０のレーザー切断を第１切断ステップと第２切断ステップとに分けた場合に、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするように、ガス供給部６を制御するので、板状部材１１１、１１５が板状素材１１０から切り離される直前のアシストガスを少なくすることができ、アシストガスによって板状部材１１１、１１５が吹き飛ばされることを防止できる。

また、本実施形態のレーザー切断方法によれば、切断工程において、板状素材１１０の切断予定ライン２０、４０のレーザー切断を第１切断ステップと第２切断ステップとに分けた場合に、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするので、板状部材１１１、１１５が板状素材１１０から切り離される直前のアシストガスを少なくすることができ、アシストガスによって板状部材１１１、１１５が吹き飛ばされることを防止できる。

また、本実施形態のレーザー切断方法によれば、板状素材１１０から２以上の板状部材１１５を切り離す場合に、切断工程において、全部の板状部材１１５に対して順次第１切断段階を行い、次いで、全部の板状部材１１５に対して順次第２切断段階を行い、第２切断ステップにおけるアシストガスの流量を、第１切断ステップにおけるアシストガスの流量より低くするので、板状部材１１５を切り離す際に、先に切断されて支持床４上に落下した板状部材１１５が、次に切断する板状部材１１５に対するアシストガスによって吹き飛ばされるおそれがない。

１…レーザー切断装置、２…レーザートーチ、３…アシストガスノズル、４…支持床、５…スペーサ、６…ガス供給部、７…制御部、８…レーザー発振器、９…光ファイバ、１０…ＸＹ移動ステージ、１１…基台、１２…ロボットアーム、１３…サンプルストッカー、２０、４０…切断予定ライン、２１、４１…切断開始位置、２２、４２…切断終了位置、２３、４３…途中位置、１１０…板状素材、１１１、１１５…板状部材、Ｇ…アシストガス、Ｌ…レーザービーム。

Claims (8)

1. レーザー切断により板状素材から板状部材を切り離すレーザー切断装置であって、
   前記板状素材の切断予定ラインに沿って前記板状素材の上方からレーザービームを照射するレーザートーチと、
   前記レーザービームの照射によって生成した溶融物に対して前記板状素材の上方からアシストガスを吹き付けるアシストガスノズルと、
   前記板状素材が配置される支持床と、
   前記支持床上にあって、前記板状素材を前記支持床から離間させるスペーサと、を備えたレーザー切断装置。
2. 前記スペーサの高さを、５mm以上の高さまたは前記板状素材の厚みを超える高さのいずれか大きい高さとする請求項１に記載のレーザー切断装置。
3. 前記支持床がハニカム材からなる請求項１または請求項２に記載のレーザー切断装置。
4. 前記アシストガスノズルに前記アシストガスを供給するガス供給部と、
   前記ガス供給部を制御する制御部と、を更に備え、
   前記制御部は、
   前記板状素材の前記切断予定ラインのレーザー切断を、切断開始位置から途中位置まで切断する第１切断ステップと、前記途中位置から切断終了位置まで切断する第２切断ステップとに分けた場合に、前記第２切断ステップにおける前記アシストガスの流量を、前記第１切断ステップにおける前記アシストガスの流量より低くするように、前記ガス供給部を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のレーザー切断装置。
5. レーザー切断により板状素材から１または２以上の板状部材を切り離すレーザー切断方法であって、
   支持床の上に、スペーサを介して前記板状素材を配置する準備工程と、
   前記板状素材の切断予定ラインに沿って前記板状素材の上方から前記レーザービームを照射しつつ前記板状素材の上方から前記アシストガスを吹き付けることにより前記板状素材をレーザー切断して、前記板状素材から前記板状部材を切り離して前記支持床上に落下させる切断工程と、
   を備えることを特徴とする、レーザー切断方法。
6. 前記スペーサの高さを、５mm以上の高さまたは前記板状素材の厚みを超える高さのいずれか大きい高さとする請求項５に記載のレーザー切断方法。
7. 前記切断工程において、
   前記板状素材の前記切断予定ラインのレーザー切断を、切断開始位置から途中位置まで切断する第１切断ステップと、前記途中位置から切断終了位置まで切断する第２切断ステップとに分けて行い、前記第２切断ステップにおける前記アシストガスの流量を、前記第１切断ステップにおける前記アシストガスの流量より低くすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザー切断方法。
8. 前記板状素材から２以上の前記板状部材を切り離す場合に、
   前記切断工程において、全部の前記板状部材に対して順次前記第１切断ステップを行い、次いで、全部の前記板状部材に対して順次前記第２切断ステップを行い、前記第２切断ステップにおける前記アシストガスの流量を、前記第１切断ステップにおける前記アシストガスの流量より低くすることを特徴とする請求項７に記載のレーザー切断方法。

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